Nd:GdVO4增益开关型双波长脉冲激光器时间特性研究

作     者：宋欢 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡淼

授予年度：2023年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：太赫兹 双波长激光器 掺钕钒酸盐晶体 增益开关 脉冲同步 

摘      要：太赫兹波的研究和应用对于未来国家安全和作战都将起到关键性作用,其应用前景也越来越受关注。基于掺钕增益介质的激光器能够在腔内产生多个具有高度相关性和稳定性的波长信号,在拍频获得稳定的太赫兹波段方面展现出了巨大的发展潜力。输出时间同步和高功率的双波长脉冲是激光器提高光外差拍频效率的重要输出特性,重复频率可控、脉宽可调的双波长脉冲则能应用于更多场景。本文提出了基于掺钕增益介质的增益开关型双频/双波长激光器,并对双波长脉冲同步机制以及双波长脉冲输出的调制机制进行了研究,最终获得了双波长脉冲同步的重复频率可控、脉宽可调的增益开关型激光器。论文的主要内容包括以下三个部分:第一,简要介绍了掺钕双波长激光器的国内外研究现状及方向,详细分析了掺钕双波长增益开关型激光器的系统组成,在四能级速率方程的基础上对驰豫振荡过程进行定性说明,并进一步对增益开关的工作原理进行了理论分析。第二,提出了一种基于Nd:GdVO晶体的增益开关型正交偏振双波长同步脉冲激光器。建立了对应的速率方程数学模型,分析了增益开关型Nd:GdVO双波长同步脉冲激光器中的几何损耗对双波长脉冲时域特性的影响。搭建了基于布儒斯特偏振片的T型腔结构的双波长脉冲激光器进行实验验证,通过调制抽运源电流实现了增益开关。实验结果表明,通过调节输出镜的倾斜角度,可实现双波长脉冲的同步输出。最后,当泵浦功率为6 W时,实验输出最高平均输出功率分别为215 m W和176 m W的正交偏振双波长1063 nm(π极化)和1065nm(σ极化)同步脉冲。实验与理论结果吻合较好。第三,提出了一种输出脉冲参数可调的双波长增益开关型Nd:GdVO激光器。在对增益开关型双波长同步脉冲Nd:GdVO激光器研究的基础上,建立叠加直流抽运和脉冲调制电流对激光器输出脉冲调制作用的仿真模型,分析了泵浦脉冲参数对增益开关型Nd:GdVO双波长同步脉冲激光器输出脉宽、重复频率和峰值功率的影响。实验采用高功率泵浦源,并使用信号发生器对泵浦脉冲调制,其中包括叠加直流抽运以及脉冲电流调制。实验结果表明,通过叠加直流抽运以及提高泵浦功率能够提高激光器输出的双波长脉宽性能和峰值功率,当叠加一个接近泵浦阈值的直流抽运,并提高泵浦功率至14 W时,增益开关型激光器输出了最高峰值功率分别为23.5 W和16.5 W、脉冲宽度分别为85 ns和90 ns的1063 nm(π极化)和1065 nm(σ极化)双波长同步脉冲。另外,激光器还实现了脉冲重复频率40 k Hz-200k Hz可控、1063 nm脉宽和1065 nm脉宽分别在85 ns～109 ns和90 ns～136 ns可调。