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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Cr4+: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。