基于主被动混合调Q技术的三面共振单纵模激光器研究
发布时间：2020-06-16 07:00
【摘要】：自1960年第一台激光器产生至今,激光技术及其应用领域不断蓬勃发展。其中一个重要的技术方向就是产生较高能量、较大峰值功率、较高稳定性以及良好光束质量的激光输出,这种激光输出在激光加工、医疗美容、科研国防等很多领域有应用需求。通过调Q技术可以大大提高激光器的峰值功率,而高光束质量则需通过选模技术使激光器稳定工作在单横模且单纵模状态下。本论文研究了一种利用主被动混合调Q技术和三面共振单纵模选取技术实现单纵模激光器,与单一的被动调Q三面共振激光器相比,有更高的输出能量、更大的峰值功率、更高的稳定性及良好的光束质量。在本论文中首先对单纵模激光器的近10年来的研究现状进行了调研综述,总结了目前主要的单纵模获取手段和其优缺点;之后对主被动混合调Q技术近10年来的研究现状进行调研综述,据此掌握该技术的可行性、实现过程及优点,为接下来的研究做准备;在此基础上提出本论文的主要研究内容。然后对有关纵模和调Q的理论进行了论述。先是简要阐释了激光器的模式成因,介绍了几种有代表性的单纵模获取方法,然后介绍了调Q技术的原理以及被动调Q、主动调Q的实现方式,对被动调Q进行了仿真模拟。接着设计了实验研究所用的激光器系统。介绍了三面共振法的选模原理并设计了适用于氙灯泵浦Nd:YAG激光器的三面共振反射器,仿真了其反射频谱;在腔型上选用平平腔结构,模拟了简单谐振腔中光斑尺寸与腔长及热透镜的关系;被动调Q选用Cr~(4+):YAG晶体,主动调Q选用BBO普克尔盒。最后进行实验研究。测量了在没有调Q时的三面共振激光器输出情况,发现三面共振结构的选模能力较强;进行了单一被动调Q下的实验,在稍高于激光器振荡阈值的泵浦电压下获得了单脉冲能量9.84mJ、脉冲宽度11.2ns、峰值功率0.879MW的单纵模激光输出,单纵模出模率达93%;进行了单一主动调Q下的实验,发现该方式下激光器的输出模式并不是单纵模的;进行了主被动混合调Q下的实验,在泵浦电压500V下获得了脉冲能量18.78mJ、脉冲宽度8.89ns、峰值功率2.112MW的单纵模激光输出,单纵模出模率高达98%。可以看出主被动混合调Q方式相比单一的被动调Q激光器的输出能量更高、脉宽更窄、峰值功率更大、单纵模稳定性更好。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：
逦逦哈ｔｔｇｍｊｇｙｉ：譬■栜论太逡逑准具埅两种方式联用选取单纵模，腔内有一光学二极管确保激光单向振荡光晶体为Ｎｄ：ＹＶ0４晶体，该晶体产生的ｌ0６４ｎｍ激光经ＬＢＯ邋：晶体腔内倍到５３２ｎｍ的光输出。通过在反射镜上使用压电陶瓷控制腔长可以使输出激长在一定范围内可调谐。图１－２为其所用的激光系统结构图。逡逑２０１０年：１２月｜邋ＺｈａｏＺｈｉｇａｎｇ、ＣｕｉＬｉｎｇｌｉｎｇ等研．究者设计了一种金r>．冲泵浦ｆｔ蒙l1率率纵模ＭＯＰＡ邋（Ｍａｓｔｅｒ邋Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ邋Ｐｏｗｅｒ－Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）激光系该激光系统的种于光源为一个电光调Ｑ的单纵模Ｎｄ：ＹＡＧ激光器，同时采摆模腔法和Ｆ－Ｐ标准具法来选取单纵模。种子源的输出脉冲重复频率在４００脉冲宽度２４ｎｓ，输出功率为０．５Ｗ。下图１－３为其所采用的实验光路图。逡逑＾—邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋［－逡逑
Ｔｍ：ＹＡＧ晶体，ＬＤ泵浦光经光纤耦合到谐振腔内。在这种混合的选模方式下，逡逑该激光器的输出频率稳定在２０１２．４７ｎｍ，在长达３０分钟的测试时间内输出功率逡逑的浮动小于１％，斜效率１８．６％且光光转化效率８．２％。下图１－５为这种２ｐｍ单逡逑纵模激光系统的光路图＾逡逑Ｃｏｍｐｕｔｅｒ逡逑Ｉ逡逑ＡＩ２Ｏ３逦Ｗａｖｅｍｅｔｃｒ邋「逦逡逑ｄ逦ａｉ邋ａ邋＾逦逦邋Ｓａｗｔｏｏｔｈ邋ｗａｖｅ逡逑Ｆｉｂｅｒ邋Ｃｏｕｐｌｉｎｇ逦Ｄｉｃｈｒｏｍａｔｉｃ邋ａ逦逦逦逡逑ｍ逦ｓｙ咖１邋■逦？逦ＪＪ？ｉｒｒｏｒ邋Ｉ邋＾逦逦逦Ｄｅｔｅｃｔｏｒ逡逑ｍ邋＾￣＾￣Ｎｒ￣？Ａ—？邋，￣叫邋ｆ－ｐｉ—德ｒ逡逑．．，逦．Ｐａｒｔ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ逡逑ＬＤ逦Ｍｌ邋Ｉ邋Ｍ３邋＾ｎｒ逦逦逡逑中，，’广逦Ｐｏｗｅｒ邋ｍｅｔｅｒ邋＂逦｝逦Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ邋——逡逑丁ｍ：ＹＡＧ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋逦邋逦逡逑图１－５邋Ｆ－Ｐ标准具、体布拉格光栅及短腔法联用的单纵模徵光器的逡逑２０１３年４月，ＴｉｎｇｔｉｎｇＬｕ、Ｊｕｎｔａｏ邋Ｗａｎｇ等研．究者报道神寄效单纵j绿逡逑光激光器［１（）］。该激光器采用双端８0８ｎｍＬＤ泵浦，激光晶体为Ｎｄ：ＹＡＧ，通过逡逑在腔内插入ＬＢＯR滋灞镀祷袢。担常玻睿砺坦馐涑觥Ｑ〉プ菽５姆绞轿肿幼⑷脲义戏ā⒀沟缣沾芍鞫绕狄约芭ぐ谀Ｇ蝗址绞搅鲜褂
本文编号：2715706
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：
逦逦哈ｔｔｇｍｊｇｙｉ：譬■栜论太逡逑准具埅两种方式联用选取单纵模，腔内有一光学二极管确保激光单向振荡光晶体为Ｎｄ：ＹＶ0４晶体，该晶体产生的ｌ0６４ｎｍ激光经ＬＢＯ邋：晶体腔内倍到５３２ｎｍ的光输出。通过在反射镜上使用压电陶瓷控制腔长可以使输出激长在一定范围内可调谐。图１－２为其所用的激光系统结构图。逡逑２０１０年：１２月｜邋ＺｈａｏＺｈｉｇａｎｇ、ＣｕｉＬｉｎｇｌｉｎｇ等研．究者设计了一种金r>．冲泵浦ｆｔ蒙l1率率纵模ＭＯＰＡ邋（Ｍａｓｔｅｒ邋Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ邋Ｐｏｗｅｒ－Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）激光系该激光系统的种于光源为一个电光调Ｑ的单纵模Ｎｄ：ＹＡＧ激光器，同时采摆模腔法和Ｆ－Ｐ标准具法来选取单纵模。种子源的输出脉冲重复频率在４００脉冲宽度２４ｎｓ，输出功率为０．５Ｗ。下图１－３为其所采用的实验光路图。逡逑＾—邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ邋［－逡逑
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