王煜[1]2018年在《Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器及放大研究》文中认为激光二极管泵浦的全固态激光器具有体积小、重量轻、效率高、光束质量好、可靠性高、寿命长等优点,输出的窄脉宽高脉冲能量激光,在工业加工、通讯、医疗、军事、科研等领域都有着广泛的应用,尤其是高功率、高光束质量、高稳定性的全固态激光器拥有非常广阔的应用前景。将主振荡功率放大技术(Master-Oscillator and Power-amplifier简称MOPA)与被动调Q振荡器技术相结合,使高光束质量被动调Q光脉冲的能量得以放大,弥补了被动调Q振荡器的不足。本文设计了一种高重复频率、高光束质量、高稳定性的Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器,可作为MOPA系统的振荡级;设计了一种抽运面光胶蓝宝石的Nd:YVO_4掠入射板条激光放大器,对高重复频率被动调Q种子光实现了高效率和高光束质量地放大。具体内容如下:1、建立被动调Q速率方程,理论分析了耦合输出镜反射率对输出激光脉冲特性的影响,对于给定初始透过率的Cr~(4+):YAG,耦合输出镜反射率存在最佳值。通过实验优化出合适反射率的耦合输出镜,使得输出脉冲特性最佳。2、采用偏振泵浦的方式,实验对比分析了Cr~(4+):YAG晶体不同取向时输出脉冲时间抖动、消光比、光束质量、脉冲宽度、单脉冲能量等参数,研究结果表明,当泵浦光偏振方向与Cr~(4+):YAG晶体晶轴方向平行时,输出激光特性最佳。在重复频率为100kHz时,获得了输出脉冲时间抖动0.1μs,即时间抖动不稳定度小于±0.5%,幅值不稳定度小于±0.67%,脉冲宽度为2.6ns,单脉冲能量为4.8μJ,光束质量M~2为1.17,消光比大于300:1的脉冲激光输出。3、使用COMSOL软件对抽运面光胶蓝宝石的Nd:YVO_4晶体和未光胶蓝宝石的Nd:YVO_4晶体的热效应进行了理论和模拟分析,通过对比可以发现,在抽运面光胶蓝宝石,使得板条晶体的温度明显降低,水平和竖直方向上的热致畸变明显减小。4、对抽运面光胶蓝宝石和未光胶蓝宝石的Nd:YVO_4板条激光放大器进行了实验研究,通过对比实验可知,抽运面光胶蓝宝石的Nd:YVO_4板条晶体放大后的光光转化效率和光束质量都有了一定的提高。在抽运功率为45W时,获得了脉冲宽度2.5ns,平均功率10.2W的激光输出,光光转化效率为22%,光束质量因子M_x~2=1.32,M_y~2=1.27。
孙哲[2]2014年在《特殊取向Nd:YAG/Cr~(4+):YAG晶体激光特性及放大研究》文中进行了进一步梳理本文对特殊取向YAG基质晶体激光特性和掠入射板条激光放大器进行了探讨和研究。理论和实验研究了不同切割方向Nd:YAG晶体的热致双折射和热退偏特性，以及不同切割方向Cr4+:YAG晶体的被动调Q特性，分析了影响被动调Q激光稳定输出的因素，并设计了一种结构紧凑的掠入射板条激光放大器，实现了高效率的纳秒激光放大输出。为了减小Nd:YAG的热退偏损耗，获得高消光比、高稳定度的被动调Q激光脉冲输出，分别研究了特殊取向Nd:YAG晶体热退偏特性和特殊取向Cr4+:YAG晶体的可饱和吸收特性。从激光晶体和被动调Q晶体特性的角度，研究分析提高被动调Q稳定激光输出的方法；从Cr4+:YAG晶体被动调Q机理的角度，研究Cr4+:YAG晶体的被动调Q特性，分析Q开关、各向异性吸收特性、增益预泵浦参量等，对被动调Q稳定激光输出的影响。为了实现对纳秒激光脉冲进行高效率放大，同时保证激光放大结构紧凑、低成本，理论设计了板条晶体的参数，通过理论分析和实验研究，优化了掠入射板条激光放大器结构，最终获得了高效率、高功率、窄脉宽、高光束质量激光放大输出。具体内容如下：1、特殊取向Nd:YAG晶体热致双折射和热退偏特性。理论计算、模拟和分析了[111]、[100]和[110]切割方向Nd:YAG晶体棒和板条的热致双折射和热退偏效应，研究了特殊取向Nd:YAG晶体的各向异性特性，半导体侧面泵浦[111]和[100]切割方向Nd:YAG晶体棒的热退偏特性，以及半导体端面泵浦[111]和[100]切割方向Nd:YAG晶体板条激光器的自偏振输出特性。研究结果表明，[100]切割方向Nd:YAG晶体具有一定的各向异性特性，采用该切割方向的Nd:YAG晶体作为激光器的增益介质，能够明显提高激光线偏振输出功率。2、特殊取向Cr4+:YAG晶体被动调Q特性。研究了Cr4+:YAG晶体的被动调Q机理，分析了Q开关对脉冲输出稳定性的影响，Cr4+:YAG晶体各向异性吸收特性对偏振输出稳定性的影响，以及增益预泵浦参量对输出重复频率连续调谐范围的影响。研究了耦合输出镜反射率和Cr4+:YAG初始透过率对输出激光脉冲特性的影响，分析了Q开关速度和开启时间的不确定性对被动调Q激光器稳定性的影响，并且实验研究了泵浦偏振特性对激光输出稳定性和消光比的影响。基于以上研究，实验采用Nd:YAG/Cr4+:YAG键合晶体，获得了重复频率20kHz，平均功率0.5W，脉冲宽度约2.3ns，光束质量M2≈1.4的高稳定激光脉冲输出。研究结果表明，采用偏振泵浦技术可以有效改善输出脉冲的偏振稳定性。同时，实验研究分析了[111]和[100]切割方向Nd:YAG晶体作为增益介质，采用[001]和[110]切割方向Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体，进行被动调Q的输出特性，在不同组合条件下，激光器的被动调Q输出特性。研究结果表明，当采用[100]切割方向Nd:YAG晶体作为增益介质，[110]切割方向Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体时，被动调Q激光输出更加稳定，消光比更高，热退偏更小，最终获得了脉冲能量8.5mJ，重复频率100Hz，脉宽13ns，消光比>800:1，脉冲稳定度97.2%的激光输出。3、掠入射板条激光放大器。通过对比分析确定了板条放大器的基本结构，理论计算并模拟了掠入射结构板条的温度梯度分布和热焦距，根据理论模拟和对比实验研究，对板条晶体的参数进行了设计和优化，最终确定了板条晶体的几何结构，并采用该结构板条晶体，利用半导体Bar侧面泵浦，进行激光放大实验研究。最终优化后，获得了重复频率20kHz，平均功率大于20W，脉冲宽度约2.3ns，激光输出脉冲不稳定性小于3%，高光束质量、高效率的激光放大输出。通过理论和实验研究，采用半导体泵浦特殊取向的Nd:YAG/Cr4+:YAG晶体，能够获得高效率、高消光比、高稳定度的被动调Q激光输出。采用掠入射板条激光放大结构，能够实现对窄脉宽、重复频率千赫兹量级的低脉冲能量激光进行高效率放大。
董俊, 马剑[3]2010年在《被动调Q掺Yb~(3+)激光材料固体微片激光器的研究进展》文中进行了进一步梳理激光二极管抽运的被动调Q固体激光器不仅结构简单、紧凑,而且由于采用端面抽运的方式有效地耦合了抽运光和激光可以获得高光束质量的激光输出,同时由于其独特的短腔长从而可以实现亚纳秒、高峰值功率的激光输出,在激光加工、激光通信、医疗、生物和材料微结构分析等方面有非常广阔的应用前景。在过去的十多年里,采用掺镱离子(Yb3+)的激光材料作为激光增益介质,用Cr4+∶YAG和半导体可饱和吸收镜等作为被动调Q开关的被动调Q微片激光器取得了长足的进展,不仅获得与基于掺钕离子激光材料作为增益介质所实现的相同的高峰值功率被动调Q激光输出,而且在激光效率及激光设计的灵活性方面凸显出了明显的优点。系统地介绍了基于掺Yb3+离子激光材料作为激光增益介质实现被动调Q微片激光器的研究进展及其在未来的发展趋势。
黄雪松[4]2016年在《LD泵浦Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器研究》文中研究指明半导体泵浦的被动调Q微型激光器具有全固化、结构紧凑、体积小、成本低等特点,并且输出激光脉冲重复频率高,脉宽窄,峰值功率高。被广泛应用在光通信、激光雷达、非线性变换、激光微加工、激光医疗等领域。这种被动调Q微型激光器也可以作为种子源,经MOPA系统放大后得到更高功率的输出。本文设计了一个LD泵浦的Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器,得到了高光束质量高稳定性的激光输出。该微型激光器能够作为一个很好的种子源用在激光放大系统中。本文的主要研究工作和成果如下:1.从Cr~(4+):YAG被动调Q速率方程组出发,分析得到了影响被动调Q稳定性的因素,并分析了增益预泵浦技术提高被动调Q稳定性的原理。2.研究了耦合输出镜反射率和初始透过率对输出激光脉冲特性的影响,研究结果表明,对于给定初始透过率的Cr~(4+):YAG晶体,耦合输出镜的反射率存在最佳值,使得输出脉冲特性最好。3.对增益预泵浦参量对输出重复频率连续调谐范围的影响进行了实验研究,并对最佳预泵浦条件进行了分析,获得了重复频率在2kHz~28kHz范围内可控且稳定的激光脉冲输出。4.实验研究了泵浦光光束特性对激光器光束质量的影响,确定了泵浦光焦点在晶体中的最佳位置,获得了高光束质量的激光输出。本文设计的LD泵浦的Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器输出单脉冲能量为11.5μJ,脉冲宽度1.23ns,重复频率在2-28kHz范围内连续可调,光束质量M2=1.18。重复频率不稳定度为2.4%,幅值不稳定度为2%。可作为MOPA系统中的种子源,并且具有结构紧凑,体积小,成本低,操作方便等优点。
刘少龙[5]2007年在《Cr～（4+）：YAG被动调Q微晶片激光器输出脉冲特性研究》文中提出激光二极管抽运的被动调Q微晶片激光器，相对于传统的固体激光器，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、叁维成像、环境监测等很多领域都具有广泛的应用。因此，激光二极管抽运的被动调Q微晶片激光器成为当前研究的一个热点。本文在分析Cr~(4+)：YAG被动调Q运行机理的基础上，采用理论和实验相结合的研究方法，对Cr~(4+)：YAG被动调Q微晶片激光器输出激光的脉冲特性及其稳定特性进行了研究。本文的主要研究工作及研究成果如下：1．针对连续激光二极管抽运的Cr~(4+)：YAG被动调Q微晶片激光器，理论分析并实验研究了其输出激光的脉冲特性。研究结果表明，Q开关打开之后谐振腔内的增益损耗之比，是影响输出激光脉冲特性的主要因素。2．针对连续激光二极管抽运Cr~(4+)：YAG被动调Q微晶片激光器输出激光的稳定特性，分别进行了理论和实验研究。研究结果表明，Q开关开启时间的不确定性以及开关速度的不确定性，是影响输出激光稳定特性的主要原因。3．针对抽运功率抖动对输出激光稳定性的影响，引入了增益预泵浦技术，并对其进行了初步分析与讨论。讨论结果表明，采用增益预泵浦技术之后，Q开关的开启时间和开关速度的不确定性减小，输出激光的稳定性明显提高。
许韬[6]2012年在《LD侧面脉冲抽运Nd:YAG被动调Q激光特性研究》文中进行了进一步梳理LD脉冲抽运的被动调Q激光器是一种可以实现窄脉宽(ns级)、高峰值功率(MW级)的全固态激光器。这种激光器具有效率高、结构简单、性能稳定等优点,在舰船导航、遥感探测、激光雷达、医疗卫生等领域,有着广泛的潜在应用价值。本文采用理论分析模拟和实验研究相结合的方法,主要研究了抽运电流、抽运脉宽、输出镜反射率和Cr4+:YAG初始透过率等因素对调Q输出脉冲能量、脉宽、调Q脉冲间隔时间等输出特性的影响。主要研究内容概括如下：1.根据被动调Q速率方程理论,结合激光二极管脉冲抽运的特点,考虑剩余反转粒子数密度对调Q激光输出的影响,给出了脉冲抽运被动调Q输出脉冲间隔时间和脉冲个数的计算公式。分析了抽运脉宽、抽运电流、输出镜反射率和Cr4+:YAG初始透过率对调Q输出脉冲间隔时间的影响,并进行了相关数值模拟。2.由被动调Q速率方程出发,通过数值求解的方法,分别模拟了单脉冲能量和脉宽与输出镜透过率和Cr4+:YAG初始透过率的关系。根据所选LD脉冲抽运模块的增益,确定最佳输出镜反射率和Cr4+:YAG初始透过率。3.根据热透镜焦距的理论计算,利用谐振腔基本理论结合高斯光束ABCD传输矩阵理论,优化设计了平平腔和平凹腔两种腔型下的谐振腔结构参数。4.在上述理论研究的基础上,对LD脉冲抽运被动调Q Nd:YAG激光器输出特性进行了实验研究。实验结果表明,LD脉冲抽运被动调Q脉冲间隔时间的理论模拟与实验结果基本一致。
张艳敏[7]2017年在《被动调Q Yb:YAG激光器输出特性的影响因素研究》文中指出Yb:YAG激光晶体具有吸收带宽,可完全覆盖激光二极管泵浦源发射谱宽、能级结构简单、热耗低效率高、可以实现高浓度掺杂等特点,激光二极管泵浦的Yb:YAG固体激光器已经成为研究热点,并成为高效率、高功率固体激光器的一个主要研究方向,目前已经被广泛应用在生活,生产和国防等众多领域。本文以设计紧凑型Yb:YAG激光器为目的,分析了激光二极管泵浦的Yb:YAG固体激光器国内外研究现状,讨论了Yb:YAG激光晶体的能级结构、吸收及发射特性等基本物理性质,从速率方程出发,研究了激光的产生及其输出特性。依据调Q技术的基本原理和实现调Q技术应满足的条件,比较了主动调Q和被动调Q各自特点,分析了可饱和吸收体Cr~(4+):YAG晶体的基本特性和其作为被动调Q可饱和吸收体的必要条件。论文从Cr~(4+):YAG被动调Q耦合速率方程出发,利用仿真计算,对被动调Q的激光脉冲输出特性进行了研究。研究发现:随着泵浦功率的增加,脉冲宽度减小,峰值功率和重频增加;随着输出镜透过率的增加,峰值功率增加,重频减小;随着被动调Q可饱和吸收体的初始透过率的增加,峰值功率减低,脉冲宽度和重复频率增加。论文还设计了激光器实验样机,从实验材料的选取,Yb:YAG激光晶体的吸收与掺杂浓度的关系进行了全面分析,在光学实验平台上建立了Yb:YAG激光器实验装置。实验发现,当激光晶体掺杂浓度一定,工作温度一定,输出镜透过率一定时,激光输出功率随激光谐振腔的缩短而变大;当激光谐振腔腔长一定,工作温度一定,输出镜透过率一定时,晶体掺杂浓度为10at.%时的激光输出功率相对于晶体掺杂浓度为5at.%时的激光输出功率明显增大;当激光谐振腔腔长一定,激光晶体掺杂浓度一定,工作温度一定时,输出镜透过率为7%时,激光输出功率大于输出镜透过率为4%和10%时的激光输出功率;当激光谐振腔腔长一定,激光晶体掺杂浓度一定,输出镜透过率一定时,激光输出功率随激光晶体工作温度的降低而变大等。论文还通过实验研制了脉冲宽度为2.45ns,重复频率为1.5kHz的Cr~(4+):YAG被动调Q Yb:YAG激光器,并研究了Cr~(4+):YAG晶体作为被动调Q可饱和吸收体时的激光脉冲输出特性。
张韧剑[8]2011年在《端泵Nd：YVO_4主被动双调Q激光器实验研究》文中提出随着激光二极管(LD)泵浦全固态激光器的快速发展,激光器的调Q技术也成为了研究的重点,本文采用LD泵浦带光纤耦合输出的半导体激光器作为泵浦源,Nd:YVO4激光晶体作为激光器的工作物质,并对Nd:YVO4激光晶体进行端面泵浦,利用声光主动Q开关和Cr4+：YAG饱和吸收体被动Q开关作为激光器的调Q元件,对1064nm激光进行调Q,并对输出脉冲激光特性进行了分析研究。主要做了以下几个方面的工作：1.首先回顾了LD泵浦的固体激光器发展历程、激光器工作物质的种类、激光器泵浦的方式、激光器的热效应、激光器的冷却系统以及调Q激光器的工作原理。2.其次研究了LD端面泵浦Nd:YVO4激光晶体的声光主动调Q特性,对声光主动调Q的工作原理进行了说明,测得了在10kHz的重复频率下平均功率、脉冲宽度和峰值功率随泵浦电流的变化关系。3.然后研究了LD端面泵浦Nd:YVO4激光晶体Cr4+:YAG饱和吸收体被动调Q激光器的脉冲特性。对可饱和吸收体Cr4+:YAG的饱和吸收特性进行了分析,对不同透过率的Cr4+:YAG被动Q开关调Q特性进行了实验研究。分别测量了透过率为80%和60%的Cr4+:YAG饱和吸收体作为被动Q开关时的脉冲输出特性。4.最后研究了在LD端面泵浦Nd:YVO4激光晶体下,采用声光主动调Q和Cr4+:YAG被动调Q双调Q对激光谐振腔损耗进行调节的特性。在泵浦功率为23W,声光Q开关的重复频率为10kHz时,采用透过率为80%的Cr4+:YAG饱和吸收体声光主被动双调Q获得了峰值功率为9.3kW的脉冲激光输出,脉冲宽度稳定在14ns附近。
姚博升[9]2014年在《LD泵浦的Cr~(4+):YAG被动调Q激光器输出特性研究》文中研究指明激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q全固态激光器，除了具有结构紧凑、能量转化效率高、全固态、性能稳定等特点，其输出的高重复频率、窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光，在远距离测量、遥感探测、医疗健康及空间通信等军事和民用领域具有广泛的应用前景，并且已经占据越来越重要的地位。本文以Nd3+:YAG激光器Cr4+:YAG被动调Q的速率方程为理论基础，采用数值模拟的方法，在Matlab R2011b软件环境下，分别对LD连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下的Nd3+:YAG激光器的输出特性进行了仿真分析。在连续泵浦时，对泵浦速率、Cr4+:YAG初始透过率、输出镜反射率对输出脉冲的重复频率、峰值功率、脉冲宽度的影响进行了仿真分析，与理论基本一致。重点分析了在脉冲泵浦时，泵浦速率、泵浦脉冲宽度等因素对脉冲建立时间、峰值功率、脉冲宽度、脉冲间隔时间等的影响。结果表明，在一定条件下，脉冲泵浦可以对单脉冲输出进行主动控制，从而提高脉冲的参数特性与稳定性；随着条件因素的改变主脉冲之后会出现多个次脉冲，并且不同条件对多脉冲输出特性的影响较大，论文得出的相应结果对被动调Q激光器的设计优化具有一定参考意义。
周叶[10]2018年在《被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器设计及实验研究》文中认为双频脉冲激光具有峰值功率高、相干性好、频差大等特点,在激光干涉测量和相干激光雷达探测等领域具有广泛的应用前景。目前,在光载激光雷达领域中,大多采用连续波双频激光测量远距离运动目标的速度,其探测距离受到连续激光功率水平的限制,如果采用高峰值功率双频脉冲激光作光源,即可探测到更远距离的速度信息。因此,双频脉冲激光技术具有十分重要的研究意义。本论文围绕双频脉冲全固态Nd:YAG激光器展开研究,主要内容包括以下几个方面:第一,介绍了激光纵模选择原理及方法,对双腔双频Nd:YAG激光器的系统组成、工作原理及工作特性进行了论述。第二,论述了调Q技术的理论基础,介绍了常用的调Q方法及其工作原理,设计了一种二极管端面抽运被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器,该激光器采用共增益“T”型双驻波腔结构,腔内偏振分光棱镜和半波片组成双折射滤光片作为激光纵模选择元件,并以Cr4+:YAG晶体作为腔内被动Q开关,使1064nm激光p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,获得1064nm正交线偏振双频激光脉冲输出。第叁,介绍了 Cr4+:YAG晶体特性及其被动调Q性能,从被动调Q速率方程出发,建立了 Cr4+:YAG被动调Q激光系统模型,分析了脉冲激光的主要特性。进而建立了被动调Q双腔Nd:YAG激光器速率方程组,理论分析了双腔脉冲激光输出特性。第四,建立了被动调Q单频Nd:YAG激光器实验系统,获得了 1064nm单频脉冲激光输出。实验测量了单频脉冲激光振荡模谱,当泵浦功率为1.06W时,其脉冲脉宽、重复频率和峰值功率依次为17ns、1.23kHz和3.06kW,该实验结果与仿真结果相吻合。进而建立了被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器实验系统,实验研究了双腔双频脉冲激光振荡特性和输出特性。实验结果表明:在激光二极管泵浦功率为2.7W时,1064nm双频脉冲激光的频差约为10GHz,从直线腔输出的p偏振单频脉冲激光的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、42ns和126.4W,从直角腔输出的s偏振单纵模激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、40ns和133.6W。
参考文献：
[1]. Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器及放大研究[D]. 王煜. 北京工业大学. 2018
[2]. 特殊取向Nd:YAG/Cr~(4+):YAG晶体激光特性及放大研究[D]. 孙哲. 北京工业大学. 2014
[3]. 被动调Q掺Yb~(3+)激光材料固体微片激光器的研究进展[J]. 董俊, 马剑. 中国激光. 2010
[4]. LD泵浦Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微型激光器研究[D]. 黄雪松. 北京工业大学. 2016
[5]. Cr～（4+）：YAG被动调Q微晶片激光器输出脉冲特性研究[D]. 刘少龙. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2007
[6]. LD侧面脉冲抽运Nd:YAG被动调Q激光特性研究[D]. 许韬. 长春理工大学. 2012
[7]. 被动调Q Yb:YAG激光器输出特性的影响因素研究[D]. 张艳敏. 西安电子科技大学. 2017
[8]. 端泵Nd：YVO_4主被动双调Q激光器实验研究[D]. 张韧剑. 西北大学. 2011
[9]. LD泵浦的Cr~(4+):YAG被动调Q激光器输出特性研究[D]. 姚博升. 西安电子科技大学. 2014
[10]. 被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器设计及实验研究[D]. 周叶. 西安理工大学. 2018