基于體布拉格光柵預(yù)激光調(diào)Q高功率單縱模DPSSL研究.pdf

1、全球大氣風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義,測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)得到廣泛應(yīng)用。測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)要求使用高功率全固化單縱模穩(wěn)頻激光器。針對(duì)多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)對(duì)激光光源的要求,采用預(yù)激光調(diào)Q和反射式體布拉格光柵技術(shù)設(shè)計(jì)了高功率單縱模DPSSL激光器。本文從理論分析和實(shí)驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)方面對(duì)反射式體布拉格光柵耦合輸出的預(yù)激光調(diào)Q大功率單縱模激光器進(jìn)行研究和探索。
　　在激光諧振腔半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，考慮具有完全匹配初始激光場(chǎng),以及反射式體布拉格光柵色散特性

2、對(duì)模式競(jìng)爭(zhēng)的影響,建立了基于反射式體布拉格光柵預(yù)激光調(diào) Q高功率單縱模 DPSSL動(dòng)力學(xué)理論模型。在此基礎(chǔ)上，理論研究了有無(wú)反射式體布拉格光柵和有無(wú)預(yù)激光條件下,激光諧振腔內(nèi)各縱模光強(qiáng)變化、相鄰縱模光強(qiáng)隨中心縱模光強(qiáng)變化;中心縱模光強(qiáng)在不同反轉(zhuǎn)粒子數(shù)和不同預(yù)激光強(qiáng)度時(shí)的變化規(guī)律,結(jié)果表明了反射式體布拉格光柵和預(yù)激光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的單縱模選擇和獲得高功率激光輸出。理論研究了端面連續(xù)泵浦時(shí),不同的泵浦功率與閾值泵浦功率比值和調(diào)Q重復(fù)頻率對(duì)

3、腔內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)和調(diào)Q輸出光強(qiáng)的影響。理論模擬了不同光柵參數(shù)下的反射式體布拉格光柵對(duì)單色激光的波長(zhǎng)選擇靈敏度,建立了非單色激光與其相互作用模型,分析了激光譜線中心波長(zhǎng)和光譜寬度對(duì)衍射效率的影響,為選擇合適的反射式體布拉格光柵參數(shù)提供了理論依據(jù)。
　　實(shí)驗(yàn)上研究了反射式體布拉格光柵色散特性在單縱模激光器中的應(yīng)用。將反射式體布拉格光柵置于傳統(tǒng)閃光燈泵浦Nd:YAG單縱模激光諧振腔中作為耦合輸出鏡,研究了不同初始透過(guò)率 Cr4+:YAG被

4、動(dòng)調(diào) Q時(shí),獲得最大單縱模脈沖輸出能量為27-39mJ,脈寬為13ns-58ns,最大脈沖峰值功率2.35MW,最大能量輸出時(shí)頻率變化小于330MHz,其值小于該激光器的縱模間隔(451MHz)。實(shí)驗(yàn)證明反射式體布拉格光柵容易獲得更高的單縱模激光能量和限制模式跳變。在激光頻率測(cè)量方面,采用了F-P標(biāo)準(zhǔn)具干涉面陣CCD成像的方法研究了激光頻率抖動(dòng)。比較分析了四種算子函數(shù)對(duì)邊界過(guò)濾識(shí)別效果,針對(duì)非均勻強(qiáng)度干涉環(huán),Canny算子函數(shù)具有識(shí)別率

5、高邊緣圓滑等優(yōu)點(diǎn),能夠有效減少計(jì)算誤差。選用20mm厚度的F-P和焦距為300mm聚焦透鏡,其最高頻率分辨率為5MHz。
　　結(jié)合短腔和反射式體布拉格光柵選單縱模特點(diǎn),考慮到 LD端面泵浦激光介質(zhì)Nd:YAG溫度分布,設(shè)計(jì)了微通道散熱結(jié)構(gòu)和激光諧振腔機(jī)械調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu),保證了良好散熱和機(jī)械穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)上研究了端面泵浦短腔DPSSL單縱模激光輸出特性,獲得最大單縱模輸出功率為622.15mW,5s內(nèi)頻率抖動(dòng)范圍約為200MHz,小于該激光

6、器縱模間隔(5.61GHz),M2值為1.3。研究了端面泵浦Nd:YAG單縱模激光的弛豫振蕩特性。激光器工作在閾值附近時(shí),弛豫振蕩脈沖寬度為2μs,脈沖間隔為16μs。隨著泵浦功率增加,弛豫振蕩脈寬和間隔逐漸減小最后成穩(wěn)態(tài)連續(xù)輸出。
　　為了獲得更大的單縱模激光輸出功率,采用了反射式體布拉格光柵耦合輸出、端面泵浦和預(yù)激光調(diào)Q相結(jié)合的方式進(jìn)行了預(yù)激光調(diào)Q單縱模DPSSL研究。通過(guò)可控電壓對(duì)激光腔內(nèi)損耗控制,使得端面泵浦DPSSL工作