注入鎖頻2μm固體激光器研究.pdf

1、隨著氣候環(huán)境的惡化，人們對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)的需求越來越迫切。相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)引起了世界多個(gè)國(guó)家的關(guān)注和重視。2μm固體激光器因其體積小、成本低、大氣消光比低、人眼安全等優(yōu)點(diǎn)，成為相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的首選光源。采用注入鎖頻技術(shù)的固體激光器，其輸出的激光脈沖可以滿足相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)對(duì)激光光源的要求，既滿足單縱模、窄線寬、高頻率穩(wěn)定度，又要有足夠的單脈沖能量和足夠的脈沖寬度。注入鎖頻激光器的基本組成包括主激光器（種子激光器）、從激

2、光器（環(huán)形功率腔）和注入鎖頻伺服系統(tǒng)。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)注入鎖頻2μm固體激光器進(jìn)行了研究和探索。
　　首先，測(cè)量了 Tm3+,Ho3+在不同基質(zhì)中的可見波段和紅外波段吸收光譜、紅外波段發(fā)射光譜以及熒光壽命，得到增益介質(zhì)的吸收系數(shù)和發(fā)射截面，并對(duì)不同基質(zhì)下 Tm,Ho激光介質(zhì)的光譜特性進(jìn)行了比較分析。利用Tm,Ho:YLF的精細(xì)能級(jí)分裂數(shù)據(jù)，計(jì)算出激光器模型求解過程所需的必要參數(shù)。
　　理論方面，根據(jù) Tm,Ho雙摻

3、雜晶體的粒子躍遷機(jī)制，建立了低溫下連續(xù)輸出Tm,Ho固體激光器的準(zhǔn)四能級(jí)速率方程理論模型，得到激光躍遷初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度與泵浦功率的關(guān)系。分析了摻雜粒子濃度對(duì)泵浦量子效率的影響。從 Tm,Ho雙摻雜調(diào) Q環(huán)形激光器的速率方程出發(fā)，得到激光上能級(jí)初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度、輸出脈沖寬度的解析表達(dá)式。分析了各種參數(shù)對(duì)輸出脈沖寬度的影響，討論了能量上轉(zhuǎn)換和自發(fā)輻射等非線性效應(yīng)對(duì)調(diào) Q動(dòng)靜比的影響，并指出采用脈沖泵浦方式是低重頻下提高調(diào) Q動(dòng)靜比的有效

4、手段。在注入鎖頻激光器理論方面，介紹了種子注入對(duì)注入鎖頻激光器腔內(nèi)初始光場(chǎng)分布的影響，討論了注入鎖頻激光器的最大頻率失諧量與最小種子注入功率。分析了注入鎖頻的縱模匹配條件，并得到環(huán)形腔激光器頻率失諧量的計(jì)算表達(dá)式。
　　實(shí)驗(yàn)方面，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)注入鎖頻2mm固體激光器。實(shí)驗(yàn)研究了不同基質(zhì)下 Tm,Ho微片激光器的輸出特性。并得出結(jié)論，降低泵浦光和腔內(nèi)振蕩光的匹配度可獲得更高的單縱模輸出功率。對(duì)比微片厚度為0.9mm、0.5mm的Tm,

5、Ho:YLF微片激光器和復(fù)合腔激光器的單縱模激光輸出可知，減小激光器的有效腔長(zhǎng)將獲得更高的單縱模輸出功率，但也會(huì)導(dǎo)致輸出激光的光束質(zhì)量和光斑的遠(yuǎn)場(chǎng)分布變差。
　　利用ABCD環(huán)繞矩陣，優(yōu)化設(shè)計(jì)了“8”字環(huán)形腔從激光器。并實(shí)驗(yàn)研究了連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào) Q運(yùn)轉(zhuǎn)下，諧振腔腔長(zhǎng)、輸出耦合鏡透過率等參數(shù)對(duì)低溫Tm,Ho固體激光器輸出特性的影響。重點(diǎn)研究了不同諧振腔長(zhǎng)、不同輸出耦合鏡透過率下，激光器輸出脈沖寬度隨輸出單脈沖能量的變化；以及激光器輸出