论文摘要
激光二极管（LD）泵浦的被动调Q固体激光器,具有全固化、体积小、重频高、脉宽窄等优点。其产生的高重频、窄脉宽脉冲激光在远程测量、三维成像、环境监测等很多领域都具有广泛的应用。LD泵浦的高重复频率、高平均功率2μm激光,由于人眼安全和大气穿透性好等特点,在遥感探测、激光测距、相干多普勒雷达和医学等领域有重要的应用前景。本论文采用Cr2+:ZnSe饱和吸收体作为被动调Q激光器的调Q晶体,理论研究基于Tm掺杂激光晶体被动调Q固体激光器的脉冲运转特性。在考虑饱和吸收体激发态吸收的前提下,建立了Cr2+:ZnSe被动调Q掺Tm3+激光器的耦合速率方程组。在腔内光场分布为平面波近似的条件下,通过对速率方程组求解,明确地给出了被动调Q脉冲的能量、峰值功率和脉宽等参量的解析表达式,直观地描述了脉冲运转特性随系统参数的变化规律,并进行了详细的数值研究。为了更精确的分析调Q激光脉冲特性,进一步考虑了腔内光场、增益介质反转粒子数密度、调Q晶体Cr2+:ZnSe的基态和激发态粒子数密度的空间分布,对速率方程组做了必要的修正。通过数值求解修正的速率方程组,得到了增益介质、调Q晶体和谐振腔的相关参数,以及ωp/ωl,等对输出激光脉冲的影响。根据Cr2+:ZnSe被动调Q的Tm3+,Ho3+共掺固体激光器的抽运与调Q机理,建立了简化的被动调Q激光速率方程组。针对不同的抽运光强,数值模拟了脉冲运转的时间动力学过程及输出脉冲波形。研究了Tm3+,Ho3+共掺激光晶体的输入饱和特性,分别在考虑Tm3+-Ho3+上转换和忽略Tm3+-Ho3+上转换效应两种情况下,数值模拟了Ho3+离子上能级粒子数随抽运光强的变化规律,得到了抽运光强的饱和阈值,讨论了Tm3+-Ho3+上转换效应对2μm激光的影响。详细分析了相关参数包括输出镜反射率R、增益介质长度l、调Q晶体长度ls等对输出脉冲特性的影响。得到的结果有助于我们深入理解这些参数对被动调Q激光器输出特性的影响,为激光器参数优化奠定了必要的基础。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 全固态激光器的发展1.2 2μm全固态激光器研究进展1.2.1 Tm,Ho:YAG1.2.2 Tm,Ho:YAP1.2.3 Tm,Ho:YLF1.2.4 Tm,Ho:LuLF1.3 本论文的研究内容第2章 被动调Q技术的基本原理2.1 调Q的基本原理2.1.1 脉冲固体激光器的输出特性2.1.2 Q开关脉冲建立过程2.2 被动调Q晶体的饱和吸收特性2.3 被动调Q和主动调Q的比较2+:ZnSe晶体的性能及其调Q机理'>2.4 Cr2+:ZnSe晶体的性能及其调Q机理2+:ZnSe晶体的性能'>2.4.1 Cr2+:ZnSe晶体的性能2+:ZnSe被动调Q机理'>2.4.2 Cr2+:ZnSe被动调Q机理2.5 本章小结3+掺杂激光晶体被动调Q速率方程'>第3章 Tm3+掺杂激光晶体被动调Q速率方程3+离子的能级结构分析'>3.1 Tm3+离子的能级结构分析3.2 腔内光场分布为平面波近似的速率方程3.3 速率方程的解析求解3.4 脉冲输出特性的计算和讨论p'>3.4.1 单脉冲能量Eppeak'>3.4.2 峰值功率Ppeakp'>3.4.3 脉冲宽度tp3.4.4 脉冲序列的重复频率3.5 脉冲稳定性的数值模拟3.6 本章小结第4章 腔内光场的高斯分布近似的被动调Q速率方程4.1 修正的速率方程4.2 速率方程解析求解4.3 数值模似与讨论g/ωs与单脉冲能量、峰值功率及脉宽的关系'>4.3.1 ωg/ωs与单脉冲能量、峰值功率及脉宽的关系0s等参数与单脉冲能量、峰值功率及脉宽的关系'>4.3.2 n0s等参数与单脉冲能量、峰值功率及脉宽的关系4.3.3 腔内光场的平面波近似与高斯近似下输出脉冲的比较4.4 本章小结3+,Ho3+共掺激光晶体被动调Q速率方程'>第5章 Tm3+,Ho3+共掺激光晶体被动调Q速率方程5.1 速率方程建模3+,Ho3+共掺体系的粒子跃迁过程分析'>5.1.1 Tm3+,Ho3+共掺体系的粒子跃迁过程分析5.1.2 速率方程的合理简化5.2 脉冲操作的数值模拟3+,Ho3+共掺激光晶体的输入饱和特性'>5.3 Tm3+,Ho3+共掺激光晶体的输入饱和特性5.4 输出脉冲特性与讨论5.4.1 输出镜反射率R与输出脉冲能量、峰值功率、脉宽的关系5.4.2 增益介质长度l与输出脉冲能量、峰值功率、脉宽的关系s与输出脉冲能量、峰值功率、脉宽的关系'>5.4.3 调Q晶体长度ls与输出脉冲能量、峰值功率、脉宽的关系5.5 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢
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