同带泵浦的1.617μm波长Er:YAG主、被动调Q激光器
发布时间：2020-04-12 05:28
【摘要】：位于“人眼安全”波段的1.617μm高能量调Q脉冲激光在激光测距、远程遥感、激光雷达和中红外激光的产生等领域具有广泛的应用价值和发展前景。目前,通过半导体激光二极管(LD)同带泵浦Er:YAG晶体是高效获得1.617μm波长激光最有效的方式之一。本论文分别基于主动调Q和被动调Q两种方法对1.617μm波长的脉冲激光进行实验研究。实验利用1532 nm LD作为同带泵浦源,获得了高效率、高能量和窄脉宽的1.617μm波长的稳定脉冲激光输出。主要内容包括:(1)采用1532 nm LD作为同带泵浦源,实现了基于加压式磷酸钛氧铷(RTP)电光调Q的1.617μm波长Er:YAG脉冲激光的输出。实验上,研究了100 Hz、500 Hz、1 kHz和2 kHz重复频率下Er:YAG调Q激光器输出脉冲宽度随入射泵浦功率的变化关系。随着泵浦功率的增加,激光器的脉宽大体成变窄的趋势,实验获得的最窄脉冲宽度约为70 ns。相应地,输出脉冲能量随泵浦功率的增加而增大,实验获得的最大脉冲能量约为4.7 mJ。(2)采用1532 nm LD作为同带泵浦源,实现了基于Cr~(2+):ZnSe晶体被动调Q的1.617μm波长Er:YAG脉冲激光的输出。实验首先对Cr~(2+):ZnSe的可饱和吸收参数进行了测量。测量结果表明Cr~(2+):ZnSe晶体在1.617μm波长处具有优异的可饱和吸收性能。然后研究了输出耦合镜透过率为10%和20%两种情况下的激光器的输出特性。当输出耦合镜透过率为20%时,激光器工作波长位于1.617μm。实验获得的最大脉冲重复频率、最大脉冲能量和最窄脉冲宽度分别为1.656 kHz、0.3 mJ和330 ns。脉冲间抖动小于2%,表明激光器工作在稳定的调Q状态。
【图文】：
图 1.1 美国国家激光安全标准各波段 MPE 值[2] 1.617 μm 脉冲激光的用途1.617 μm 的近红外激光位于大气透明窗口以及“人眼安全”波段，且 1.61不吸收二氧化碳和甲烷等气体，因此在一些需要在大气窗口处能进行千的应用（如相干多普勒测风激光雷达）中具有一定的优势。另外，该波在激光测距、远程遥感、自由空间通讯以及中红外激光的光源等领域也的应用[11-15]。（一）多普勒测风激光雷达高精度的大气风场探测，对于数值气候模型完善、天气预报、生化气体监风切变预警等方面具有重大的意义。早期，人们使用探空气球法测量大6]，其原理是气球在受到不同风速及风向自由上升的过程中，通过探测水平运动分量而实现大气探测[17]。但是该方法存在测量不到真实风速、测量时间长和测量效率低等缺点而限制了其应用。随着激光技术的进
图 1.2 大气透过率曲线[23]（二）激光测距、远程遥感激光测距的原理是利用激光器发射一束激光到目标，通过计时器测定从激光器发射的时刻到光电元件接收反射回来激光束的时间，这样就能够精确计算出目标到观测者之间的距离。但是发射出去和反射回来的高亮度激光难免会入射到人眼，给眼睛带来伤害。1.617 μm 激光具有人眼安全特性和处于“大气透明窗口”并且光电接收设备对该波长的光有较强的响应灵敏度，因此，十分适合激光测距和远程遥感等[6,7,24,25]。（三）中红外激光的产生1.6 μm 脉冲激光源因其位于大气窗口及“人眼安全”波段，它已被广泛应用于激光领域，并且该波段还可以通过非线性转换技术在 3 ~ 5 μm 波段产生中红外激光。3 ~ 5 μm 波段是中红外大气传输衰减最小的窗口[23]，，该波段的激光对空气之中的烟尘和大雾有很强的穿透力。在海平面，此波段激光的传输受悬浮物的散射和气体分子的吸收影响非常小。最近有研究表明，可以用 1.6 μm 波段激光作
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.34
本文编号：2624337
【图文】：
图 1.1 美国国家激光安全标准各波段 MPE 值[2] 1.617 μm 脉冲激光的用途1.617 μm 的近红外激光位于大气透明窗口以及“人眼安全”波段，且 1.61不吸收二氧化碳和甲烷等气体，因此在一些需要在大气窗口处能进行千的应用（如相干多普勒测风激光雷达）中具有一定的优势。另外，该波在激光测距、远程遥感、自由空间通讯以及中红外激光的光源等领域也的应用[11-15]。（一）多普勒测风激光雷达高精度的大气风场探测，对于数值气候模型完善、天气预报、生化气体监风切变预警等方面具有重大的意义。早期，人们使用探空气球法测量大6]，其原理是气球在受到不同风速及风向自由上升的过程中，通过探测水平运动分量而实现大气探测[17]。但是该方法存在测量不到真实风速、测量时间长和测量效率低等缺点而限制了其应用。随着激光技术的进
图 1.2 大气透过率曲线[23]（二）激光测距、远程遥感激光测距的原理是利用激光器发射一束激光到目标，通过计时器测定从激光器发射的时刻到光电元件接收反射回来激光束的时间，这样就能够精确计算出目标到观测者之间的距离。但是发射出去和反射回来的高亮度激光难免会入射到人眼，给眼睛带来伤害。1.617 μm 激光具有人眼安全特性和处于“大气透明窗口”并且光电接收设备对该波长的光有较强的响应灵敏度，因此，十分适合激光测距和远程遥感等[6,7,24,25]。（三）中红外激光的产生1.6 μm 脉冲激光源因其位于大气窗口及“人眼安全”波段，它已被广泛应用于激光领域，并且该波段还可以通过非线性转换技术在 3 ~ 5 μm 波段产生中红外激光。3 ~ 5 μm 波段是中红外大气传输衰减最小的窗口[23]，，该波段的激光对空气之中的烟尘和大雾有很强的穿透力。在海平面，此波段激光的传输受悬浮物的散射和气体分子的吸收影响非常小。最近有研究表明，可以用 1.6 μm 波段激光作
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248.34
本文编号：2624337
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