LD端面泵浦高重频电光调QNd：GdVO4激光器的研究

论文摘要

半导体端面泵浦全固态激光器（DPSSL）具有效率高、光束质量好、结构紧凑等优点,已成为当今激光器领域研究的热点。调Q技术是获得脉冲激光输出的关键技术,并广泛应用于微机械加工、激光通信、激光雷达等众多工业军事领域。与其他调Q技术相比,电光调Q技术具有开关速度快、关通能力强、稳定性高的优势,易于获得高重复频率、窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。Nd:GdVO4晶体具有大的吸收截面和大的发射截面、适中荧光寿命、高的热导率以及偏振发射等特性,使其成为理想的高重频运转激光介质。鉴于此,本文致力于研究半导体端面泵浦高重频电光调Q Nd:GdVO4激光的特性。本文首先分析了影响激光器输出功率、效率和光束质量的重要因素—模式匹配问题和热效应问题。根据连续激光输出功率与模式匹配的关系,推导了不同泵浦功率下振荡光斑尺寸与泵浦光斑尺寸的最佳比值。在分析激光器产热机制的基础上,探讨了激光器的热透镜效应,并分析了激光器的热致衍射损耗效应与泵浦功率和腔模尺寸的关系。最后研究了管理热效应的措施,并模拟了其减小热效应影响的效果。从连续泵浦固体激光器的速率方程出发,推导了调Q激光重要参数如脉冲宽度、脉冲能量、峰值功率等与泵浦功率和运转重频的关系,并且得到了最佳输出镜反射率与增益和损耗的关系。根据理论指导,通过实验实现了电光调Q 1063 nm Nd:GdVO4脉冲激光输出。激光最高运转重频为100 kHz,最窄脉宽为20.2 ns,对应峰值功率达到3.1 kW。同时通过与声光调Q激光器的对比实验,定量的验证了电光调Q激光器的优越性。根据速率方程建立了腔倒空脉冲波形与Q开关时间和腔长的数值关系。并在直线腔中实现了脉宽大小恒定为5.5±0.2 ns的1063 nm Nd:GdVO4腔倒空脉冲激光输出,激光最高运转重频为50 kHz,对应峰值功率为18.2 kW。最后通过采用消光比更高的V形结构谐振腔,将腔倒空脉宽压缩至恒定大小为3.8±0.2 ns。同时采用879 nm LD泵浦源以及GdVO4/Nd:GdVO4复合晶体缓解热效应,在重频为80 kHz时得到最高平均功率为13.3 W的脉冲激光输出。在重频为10 kHz,50 kHz和100 kHz时最高峰值功率分别高达252.6 kW, 65.9 kW和34.4 kW。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 电光调Q概述
• 4 晶体概述'>1.3 Nd:GdVO₄晶体概述
• 1.4 高重频电光调Q激光器的研究进展
• 1.4.1 国外研究进展
• 1.4.2 国内研究进展
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 LD端泵固体激光器的模式匹配和热效应研究
• 2.1 激光器的模式匹配研究
• 2.2 激光器的热效应研究
• 2.2.1 全固态激光器的产热机制
• 2.2.2 晶体热效应分析
• 2.2.3 热效应的控制与补偿
• 2.3 本章小结
• 第3章 调Q激光器的脉冲反射式输出理论与实验研究
• 3.1 调Q激光器的基本理论
• 3.2 调Q激光器的优化理论
• 4激光器的实验研究'>3.3 电光调Q Nd:GdVO₄激光器的实验研究
• 3.3.1 实验方案及装置
• 3.3.2 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 调Q激光器的腔倒空输出理论与实验研究
• 4.1 腔倒空激光的理论分析
• 4腔倒空激光器的实验研究'>4.2 808 nm LD泵浦Nd:GdVO₄腔倒空激光器的实验研究
• 4.2.1 实验方案与装置
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4/Nd:GdVO₄腔倒空激光器的实验研究'>4.3 879 nm LD泵浦GdVO₄/Nd:GdVO₄腔倒空激光器的实验研究
• 4.3.1 实验方案与装置
• 4.3.2 模拟与分析
• 4.3.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢