【摘 要】
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1.6μm属于人眼安全波段，在激光雷达和自由空间通信中具有广泛的应用。掺铒钇铝石榴石(Er:YAG)晶体物理化学性能稳定、导热性较好，主发射波长有1.645μm、1.617μm和3μm，这使其成为1.6μm激光器的典型工作物质。如何设计出高转换效率和高光束质量的1.6μm Er:YAG固体激光器是当今国内外学者研究的热点问题。本文通过求解速率方程，对Er:YAG激光器的输出特性进行了分析，并且进行
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1.6μm属于人眼安全波段，在激光雷达和自由空间通信中具有广泛的应用。掺铒钇铝石榴石(Er:YAG)晶体物理化学性能稳定、导热性较好，主发射波长有1.645μm、1.617μm和3μm，这使其成为1.6μm激光器的典型工作物质。如何设计出高转换效率和高光束质量的1.6μm Er:YAG固体激光器是当今国内外学者研究的热点问题。本文通过求解速率方程，对Er:YAG激光器的输出特性进行了分析，并且进行Er:YAG单频激光器以及调Q激光器实验研究。基于对仿真结果的分析，提出了采用低温谐振腔和阶梯掺杂Er:YAG陶瓷来提高激光输出特性的设计，并进行了相关的计算仿真。
首先，阐述了本文的研究背景和意义，说明了相干测风雷达和1.6μm激光器的研究现状。仿真计算了Er:YAG晶体的热效应，基于对激光谐振腔原理的分析，设计了谐振腔结构的参数。
其次，对Er:YAG激光器的速率方程进行了研究，利用Matlab模拟了增益介质的长度、浓度、温度以及输出镜的透过率和泵浦波长对激光器输出特性和阈值功率的影响。仿真分析了不同重频下调Q激光器的脉冲能量、脉冲宽度以及平均功率的变化情况。详细分析了F-P标准具和非平面环形腔的选频原理，并对非平面环形腔激光器以及调Q激光器输出进行了实验。
最后，遵循每一段工作物质的吸收效率相等的原则，设计了分5、6、7、8、9段掺杂的Er:YAG陶瓷，确定了每一段增益介质的掺杂浓度，并且利用热源函数对阶梯掺杂Er:YAG陶瓷进行了温度仿真模拟。此外，利用Solidworks设计了用于低温制冷的液氮杜瓦瓶。
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