【摘要】：高重頻大能量窄脈寬固體激光器,因其具有重復(fù)頻率高、脈沖寬度窄以及峰值功率高等優(yōu)勢(shì),已被廣泛應(yīng)用于激光工業(yè)、超遠(yuǎn)距離測(cè)量、光電雷達(dá)、激光對(duì)抗等領(lǐng)域。例如:在加工工業(yè)中被用來(lái)完成鉆孔、焊接、切割和快速成型等;在雷達(dá)探測(cè)中被用來(lái)進(jìn)行遙感測(cè)距、成像制圖等;在IT行業(yè)中被用做光通信,光存儲(chǔ)和光信息處理的光源;在現(xiàn)代科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用于激光核聚變、光譜分析、誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)等,因此對(duì)其進(jìn)行研究是非常有意義的。本研究圍繞設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、重復(fù)頻率7kHz、單脈沖能量大于5mJ、脈沖寬度小于5ns的激光器這一目標(biāo),以全固態(tài)激光器的優(yōu)勢(shì)為切入點(diǎn)進(jìn)行了發(fā)展及現(xiàn)狀調(diào)研。首先針對(duì)1064nm激光譜線從四能級(jí)速率方程理論出發(fā),分析了LD端面泵浦激光器的泵浦光場(chǎng)及振蕩光場(chǎng)分布特性以及模式匹配對(duì)激光器輸出功率及斜效率的影響。通過(guò)?采用光纖耦合輸出的914nm半導(dǎo)體激光器作泵浦源提高量子效率;?選用對(duì)泵浦波長(zhǎng)吸收系數(shù)較低的低摻雜濃度的Nd:YVO_4晶體減小熱透鏡效應(yīng)的影響,并采用雙晶體串接結(jié)構(gòu)來(lái)保證晶體充分能吸收泵浦光;?通過(guò)優(yōu)化泵浦光與振蕩光的模式匹配參數(shù)提高了激光器的光光轉(zhuǎn)換效率。經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)化確定了實(shí)現(xiàn)高重頻大能量窄脈寬激光器所需的諧振腔長(zhǎng)度、最佳泵浦位置、觸發(fā)延時(shí)等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)采用電光腔倒空技術(shù)和雙棒串接結(jié)構(gòu),通過(guò)減小熱透鏡效應(yīng)的影響并保證振蕩光與抽運(yùn)光的良好模式匹配,實(shí)現(xiàn)了高重頻、大能量、窄脈寬1064 nm線偏振脈沖激光輸出。激光器采用914nm光纖耦合半導(dǎo)體激光器端面抽運(yùn)Nd:YVO_4晶體,以BBO普克爾盒作為電光開(kāi)關(guān)。在重復(fù)頻率7kHz的條件下,諧振腔腔長(zhǎng)450mm,晶體吸收功率為79.6W時(shí),獲得了脈沖寬度4ns,單脈沖能量5mJ,最大平均輸出功率35W,峰值功率1.25MW,光束質(zhì)量M~2為1.58的穩(wěn)定脈沖激光輸出,對(duì)應(yīng)的光光轉(zhuǎn)換效率為44%。
【圖文】：

結(jié)果如圖 2-1 所示。從圖2-1 中可以看出，隨著i t n n值的增加，f i n n的值在減小。因?yàn)閷?duì)確定的激光器參量和泵浦參量來(lái)說(shuō)，閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度t n是不變的，，即隨著初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)i n的增加，最終反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度和初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的比f(wàn) i n n在減小，也就是說(shuō)有更多比例的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)被用來(lái)產(chǎn)生激光脈沖。因?yàn)榧す饷}沖寬度 t的表達(dá)式為：1 lni frii ttn nt tnn nn （2-29）腔內(nèi)光子壽命的表達(dá)式為：'rlt c （2-30）

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文29）和式（2-30）我們可以看出，脈沖寬度的大小正比于腔長(zhǎng)'l ，反比于諧振腔單程損耗 ，所以為了縮小諧振腔的長(zhǎng)度，增加諧振腔的損耗，但輸出損粒子數(shù)密度t n的值將增大，會(huì)導(dǎo)致光子脈沖不能快降沿變寬。在一定條件下我們對(duì)脈沖寬度 t與i n 關(guān)系曲線如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN248.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2675404