具有濃度梯度的鍵合Nd-YVO4-Nd-YVO4-Nd-YVO4晶體熱效應(yīng)及（超）短脈沖激光特性研究.pdf

1、激光二極管泵浦的激光器，具有全固化、泵浦效率高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于通信、工業(yè)切割、軍事及外科手術(shù)等領(lǐng)域，引起了人們對(duì)它的極大關(guān)注。
　　熱透鏡效應(yīng)以及熱致雙折射效應(yīng)會(huì)對(duì)腔內(nèi)激光的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，并會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生損耗。為了減小由于這種激光增益介質(zhì)內(nèi)部的熱沉積而產(chǎn)生的熱損耗，本論文用具有濃度梯度的鍵合Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4晶體作為激光增益介質(zhì)，對(duì)其熱效應(yīng)及脈沖激光特性進(jìn)行了研究。首先利用有限差分法將

2、熱傳導(dǎo)方程的微分形式轉(zhuǎn)化成差分形式，然后借助MATLAB計(jì)算機(jī)軟件，模擬出了鍵合和普通Nd∶YVO4晶體內(nèi)部以及泵浦端面上的溫度分布情況。分別利用電光、聲光、GaAs以及Cr4+∶YAG實(shí)現(xiàn)了單損耗調(diào)Q脈沖激光輸出;利用電光/GaAs(Bi-GaAs)得到了雙損耗亞納秒量級(jí)的調(diào)Q鎖?；l（倍頻）激光的輸出，并從理論上分析了雙損耗亞納秒調(diào)Q鎖模的基頻激光特性;利用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）研究了具有濃度梯度的鍵合及普通Nd∶YVO4

3、晶體的鎖模激光特性，并從理論上分析了鎖模脈寬與腔內(nèi)的能量密度之間的關(guān)系;最后實(shí)驗(yàn)研究了鍵合Nd∶YVO4的聲光調(diào)Q泵浦的腔內(nèi)參量振蕩器，輸出1.57微米人眼安全激光。論文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　Ⅰ利用有限元法借助MATLAB軟件，模擬出具有濃度梯度的多段鍵合和普通Nd∶YVO4激光晶體內(nèi)部和泵浦端面的瞬時(shí)溫度分布情況，結(jié)果表明，鍵合晶體能有效改善晶體的熱效應(yīng)，因此用這種鍵合晶體作為激光增益介質(zhì)可以獲得更好的激光輸出特

4、性。
　?、虿捎媒Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的平凹腔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了LD泵浦的鍵合Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4晶體、電光(EO)主動(dòng)調(diào)Q激光器1064nm激光運(yùn)轉(zhuǎn)，獲得了兩種不同鍵合Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4晶體和普通Nd∶YVO4晶體的平均輸出功率、脈沖寬度、單脈沖能量和峰值功率隨著泵浦功率以及EO調(diào)制頻率的變化情況。
　?、髮?shí)驗(yàn)研究了LD泵浦的鍵合Nd∶YVO4晶體、聲光(AO)主動(dòng)調(diào)Q激光器1064n

5、m激光運(yùn)轉(zhuǎn)，為了比較鍵合晶體和普通晶體的激光特性，實(shí)驗(yàn)中采用了兩種不同鍵合Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4晶體和普通Nd∶YVO4晶體，得到了在不同的泵浦功率下的平均輸出功率、脈沖寬度、單脈沖能量和峰值功率的變化情況。同時(shí)對(duì)聲光和電光的主動(dòng)調(diào)Q特性進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)電光的插入損耗更高，相應(yīng)的脈沖寬度更窄。
　?、魧?shí)驗(yàn)研究了LD泵浦的鍵合Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4晶體GaAs飽和吸收體被動(dòng)調(diào)Q激光特性，

6、獲得了輸出功率、脈沖寬度、重復(fù)頻率、單脈沖能量及峰值功率在同一輸出鏡透過(guò)率、不同GaAs小信號(hào)透過(guò)率及泵浦功率下的變化關(guān)系。
　　V理論分析了Cr4+∶YAG飽和吸收體被動(dòng)調(diào)Q特性，然后實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了LD泵浦的Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Cr4+∶YAG被動(dòng)調(diào)Q激光輸出，實(shí)驗(yàn)測(cè)得了在同一小信號(hào)透過(guò)率和不同輸出鏡反射率下輸出功率、脈沖寬度及重復(fù)頻率隨泵浦功率的變化關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出了單脈沖能量和峰值功率隨泵浦功率的變化

7、關(guān)系。
　?、鍪褂肊O和GaAs，實(shí)現(xiàn)了LD泵浦的鍵合晶體雙損耗調(diào)制低重頻亞納秒量級(jí)的單調(diào)Q鎖模激光輸出。到達(dá)一定的激光閾值后在一個(gè)Q包絡(luò)下得到了一個(gè)鎖模脈沖輸出，進(jìn)而得到了兆瓦量級(jí)峰值功率的脈沖激光。在1kHz電光調(diào)制頻率下測(cè)量了平均輸出功率、Q包絡(luò)及單個(gè)脈沖的寬度、脈沖能量、峰值功率隨泵浦功率的變化關(guān)系;考慮腔內(nèi)的光子數(shù)密度、GaAs的單、雙光子吸收及鍵合晶體不同Nd3+摻雜濃度對(duì)吸收系數(shù)的影響，建立了新型的速率方程模型，模擬

8、出了不同泵浦功率下Q包絡(luò)下的脈沖個(gè)數(shù)，數(shù)值模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。
　　Ⅶ實(shí)現(xiàn)了LD泵浦的EO/Bi-GaAs雙損耗調(diào)制Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/KTP亞納秒綠激光的輸出。實(shí)驗(yàn)測(cè)得了同一增益介質(zhì)和電光開(kāi)關(guān)、不同飽和吸收體及泵浦功率下調(diào)Q鎖模和單鎖模的平均輸出功率、脈沖寬度、單脈沖能量的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相對(duì)于EO/GaAs，EO/Bi-GaAs雙損耗調(diào)制的單鎖模綠激光的脈寬更窄，相應(yīng)的峰值功率更

9、高。
　?、捎肳型五鏡折疊腔獲得了LD泵浦下的鍵合Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4晶體和普通Nd∶YVO4晶體1.06微米連續(xù)鎖模激光。通過(guò)ABCD矩陣?yán)碚摚瑑?yōu)化激光諧振腔得到了高功率、高穩(wěn)定性的鎖模激光輸出。三塊不同的 Nd∶YVO4晶體都實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的鎖模激光輸出，理論分析了脈沖寬度與腔內(nèi)功率密度之間的關(guān)系，理論值與實(shí)驗(yàn)值相吻合。
　　Ⅸ采用聲光(AO)開(kāi)關(guān)，獲得了鍵合Nd∶YVO4晶體主動(dòng)調(diào)Q脈沖泵浦的腔

10、內(nèi)參量振蕩器(IOPO)1570 nm的人眼安全激光。在固定的調(diào)制頻率和不同泵浦功率下測(cè)得了信號(hào)光輸出功率、脈沖寬度、單脈沖能量及峰值功率的變化情況。
　　論文的創(chuàng)新點(diǎn):
　?、袷状卫糜邢薏罘址?，借助MATLAB軟件，模擬了具有濃度梯度的多段鍵合Nd∶YVO4晶體內(nèi)部的溫度分布情況。
　　Ⅱ使用EO和GaAs，首次實(shí)現(xiàn)了鍵合晶體雙損耗調(diào)制低重頻亞納秒量級(jí)的單調(diào)Q鎖模激光輸出?？紤]到鍵合Nd∶YVO4晶體內(nèi)不同Nd3+

11、摻雜濃度對(duì)吸收系數(shù)的影響，建立了新型的速率方程模型，對(duì)EO/GaAs雙損耗調(diào)制Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4亞納秒激光的輸出特性進(jìn)行了理論模擬，理論模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。
　?、笫状螌i-GaAs和電光結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/KTP亞納秒雙損耗調(diào)制綠激光運(yùn)轉(zhuǎn)，得到了399 ps最小脈寬和1.1 MW的峰值功率，并將其與EO/GaAs雙損耗調(diào)制的鍵合Nd∶YVO4綠光激光器進(jìn)行比