对Nd:YAG固体激光器输出1.444微米激光的研究

论文摘要

由于Nd:YAG 固体激光器输出的1.444μm激光具有显著的优点而逐渐引起人们的注意,科研工作者对1.444μm激光器的研究兴趣也越来越浓。Nd:YAG 激光器发展成熟,成本低,由它输出的1.444μm激光对人眼安全,具有遇水被强吸收特性,也可和1.064μm激光差频产生中红外激光,从而在科研、生产、医学、军事等领域有重要的应用价值。近几年来,国内对1.444μm激光器的研究越来越多,但技术上还不成熟,尤其是输出激光脉冲能量比较低,这大大限制了它的应用。本文通过对Nd:YAG 固体激光器基本理论的系统分析,合理设计激光器,采用棱镜色散腔成功输出了1.444μm激光。其主要内容可概括如下:首先,对于四能级系统Nd:YAG 固体激光器的运转机理,用速率方程理论进行了深入地分析;分析了Nd:YAG 晶体在输出1.444μm激光谱线时的能级分裂结构和光谱特性,比较了1.444μm振荡谱线和其他振荡谱线发射截面的大小关系,对单纵模输出1.444μm激光的难度作了客观的估计。其次,根据现有谐振腔腔镜膜系的结构,设计直型谐振腔和三镜曲折谐振腔,用实验结果否定了只用腔镜选择1.444μm激光谱线的可行性;总结直型腔和三镜曲折腔实验失败的教训,合理设计了棱镜色散谐振腔。利用现有输出1.064μm的Nd:YAG 激光棒成功输出了1.444μm激光脉冲。并且在实验光路调整过程中,根据布儒斯特定律和最小偏向角的定义,形成了一套精确确定棱镜和闭端反射镜方位角的调整方案。最后,对1.444μm激光谱线的实验结果作了详细分析,比较说明1.444μm激光谱线的输出能量较其他谱线要低得多,反映了其发射截面比其他谱线也小得多。微调闭端反射镜还能相继输出1.414μm、1.357μm 、1.338μm、1.318μm、1.064μm等激光谱线,在实验中用一台Nd:YAG 固体激光器实现了多种激光波长相继输出。此外还对影响1.444μm激光能量输出的主要因素作了分析,提出五种措施以优化激光器。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 激光发展的历史进程
• 1.2 开展1.444μm Nd : YAG 激光器研究的背景和意义
• 1.3 1.444μm Nd : YAG 激光器研究的国内外动态
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 四能级系统Nd : YAG 激光器机理分析
• 2.1 四能级系统粒子数分布速率方程
• 2.2 稳态粒子数反转及饱和效应
• 2.2.1 小信号情况下的粒子数反转
• 2.2.2 均匀加宽工作物质反转分布的饱和效应
• 2.3 均匀加宽Nd : YAG 激光器的稳态运转
• 2.4 脉冲激光器工作特性
• 第三章 Nd : YAG 晶体能级结构和棱镜色散特性
• 3.1 Nd : YAG 晶体的物理、化学特性
• 3.2 Nd : YAG 晶体能级结构和光谱特性
• 3.3 棱镜的色散特性
• 第四章 Nd : YAG 激光器的设计
• 4.1 聚光腔的选取
• 4.1.1 漫反射紧耦合聚光腔的效率、特点和工艺
• 4.1.2 漫反射紧耦合聚光腔的参数选取
• 4.2 Nd : YAG 激光棒和脉冲氙灯的选取
• 4.3 激光谐振腔设计和腔镜膜系分析
• 4.3.1 腔型的选取
• 4.3.2 腔镜膜系的分析
• 4.3.3 激光谐振腔的设计方案
• 第五章 实验结果及其分析
• 5.1 实验光路调整方法
• 5.2 两镜直型腔
• 5.2.1 实验装置及参数
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 三镜曲折腔
• 5.4 棱镜色散腔
• 5.4.1 实验光路调整
• 5.4.2 实验结果及其分析
• 5.4.3 实验小结
• 5.5 棱镜色散腔型激光器的优化
• 5.6 棱镜色散腔型激光器实验实物附图
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要工作及结论
• 6.2 本文工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、硕士研究生期间发表的论文