LD端面泵浦Nd：YAG/Cr4+：YAG被动调Q激光器研究

作     者：唐敬玲 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕志伟

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：全固态激光器 键合晶体 端面泵浦 Cr4+:YAG晶体 被动调Q 

摘      要：全固态被动调Q激光器具有结构简单、体积小等优点,广泛应用于军事、医疗、工业等领域中。Cr:YAG晶体具有基态吸收截面大、掺杂浓度高等优点,且该晶体在0.9-1.2μm具有宽的吸收带和可饱和吸收特性,因此常作为掺Nd、掺Yb激光器的被动Q开关材料。相比于掺Yb晶体,掺Nd晶体具有发射截面大,阈值功率低等优点。因此,掺Nd晶体成为1μm波段全固态激光器的首选材料之一。本文对基于Cr:YAG可饱和吸收体的全固态Nd:YAG被动调Q激光器进行了理论与实验研究。首先分析Cr:YAG全固态被动调Q激光器的国内外研究现状,简要对比掺Nd晶体及掺Yb晶体的优缺点。详细介绍了调Q技术的基本原理,在此基础上对主被动调Q方式进行对比分析。其次对Cr:YAG被动调Q速率方程组进行理论推导,给出激光器输出参数的表达式,对被动调Q速率方程组进行数值仿真,分析Cr:YAG晶体初始透过率(T)及输出镜反射率(R)对激光器输出特性(脉冲宽度、脉冲能量等参数)的影响。在此基础上,对基于键合晶体的被动调Q激光器及基于分离式结构的被动调Q激光器的输出特性进行仿真研究。根据所选晶体的参数,对泵浦源和耦合系统进行设计及优化。在理论分析的基础上,研究基于键合晶体YAG/Nd:YAG/Cr:YAG被动调Q激光器的输出特性,分析泵浦源参数对激光器输出特性(激光阈值、脉冲波形等参数)的影响。在泵浦光中心波长为808 nm,光斑直径为230μm,泵浦功率为6.72 W的条件下,获得了平均功率1.41 W,脉宽735.5 ps,重复频率8.46 k Hz的调Q脉冲激光输出。研究了分离式结构的Nd:YAG/Cr:YAG被动调Q激光器的输出特性,分析T、热效应、双被动调Q等参数对激光器输出特性(激光阈值、脉冲波形等参数)的影响。在腔长为70 mm,泵浦光直径为530μm,泵浦功率为4.42 W的条件下,单被动调Q激光器脉冲时域波形的对称度为31.33%,双被动调Q激光器脉冲时域波形的对称度为37.52%。相比于传统的被动调Q方式,双被动调Q能够有效地改善脉冲时域波形的对称性。