【摘 要】
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LD泵浦的被动调Q激光器具有结构紧凑,能量转换率高,成本低,可输出高重复频率、窄脉冲宽度和高峰值功率的激光脉冲等优点,被广泛应用于军事、工业、科研和医疗等领域。但这类被动调Q激光器也存在着重复频率难以精确控制,脉冲稳定性差的缺点。为了解决被动调Q激光器脉冲不稳定的缺点,本文在Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光器中提出了对漂白过程的主动调控技术。主动调控技术是在传统被动调Q激光器的基础上,增
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LD泵浦的被动调Q激光器具有结构紧凑,能量转换率高,成本低,可输出高重复频率、窄脉冲宽度和高峰值功率的激光脉冲等优点,被广泛应用于军事、工业、科研和医疗等领域。但这类被动调Q激光器也存在着重复频率难以精确控制,脉冲稳定性差的缺点。为了解决被动调Q激光器脉冲不稳定的缺点,本文在Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光器中提出了对漂白过程的主动调控技术。主动调控技术是在传统被动调Q激光器的基础上,增设调控激光照射可饱和吸收体Cr4+:YAG晶体。由于Cr4+:YAG晶体的饱和吸收特性,在调控激光的照射下其透过率会相应地发生改变,Cr4+:YAG晶体透过率的改变引起谐振腔损耗发生变化,进而调控激光的起振时刻,由此达到对输出激光脉冲频率的精准调控和提高激光脉冲稳定性的目的。本文的主要工作内容和研究成果如下:1.以传统Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光器的理论作为出发点,将主动调控技术分为激光器处于临界工作状态下的第一类主动调控技术,以及激光器处于正常工作状态下的第二类主动调控技术。在研究主动调控技术工作原理的基础上,构建了主动调控技术下的被动调Q激光器速率方程,由此分析了主动调控技术对输出激光脉冲稳定性的影响。基于主动调控技术下的被动调Q激光器速率方程,仿真分析了第一类主动调控技术和第二类主动调控技术对激光脉冲建立过程和激光脉冲稳定性的影响、以及调控光参数对激光特性和脉冲稳定性的影响,并与传统被动调Q技术获得的激光特性和稳定性进行了对比。2.搭建了实验研究平台,利用该平台对主动调控技术进行了相应的实验验证。在实验中,构建了Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光系统,以主动控制的脉冲激光作为调控光源,利用反射镜将调控光照射在Cr4+:YAG晶体上,根据仿真条件对主动调控技术进行了系统的实验研究。在实验中,该被动调Q激光器处于临界工作状态时对应的泵浦功率为10W。当泵浦功率为10W时,采用重复频率为1kHz的调控光,可输出重复频率为1kHz、脉冲宽度为10.265ns、峰值功率为8.876kW和单脉冲能量为0.091mJ的激光脉冲;当泵浦功率为12.2W时,采用重复频率为4kHz的调控光,可输出重复频率为4kHz、脉冲宽度为6.879ns、峰值功率为16.136k W和单脉冲能量为0.111mJ的激光脉冲。3.对主动调控技术下的Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光系统输出激光脉冲的稳定性进行了数据计算。计算结果表明使用主动调控技术输出的激光脉冲重复频率的稳定性优于0.3%,是相同条件下传统被动调Q激光器输出脉冲的30倍;脉冲宽度的稳定性优于2%,是相同条件下传统被动调Q激光器输出脉冲的3倍,峰值功率的稳定性优于2%。是相同条件下传统被动调Q激光器输出脉冲的5倍,单脉冲能量的稳定性优于0.3%,是相同条件下传统被动调Q激光器输出脉冲的30倍。实验结果与仿真结果基本一致,验证了Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q激光器漂白过程的主动调控技术可以有效精准地调控输出激光脉冲重复频率,并提高脉冲的稳定性。
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