【摘 要】
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高重频窄脉宽三波长激光器是激光雷达系统的核心探测光源,广泛应用于大气探测、海洋探测、陆地探测、激光测距等诸多领域。本课题利用LD端面脉冲泵浦Nd:YAG,结合电光调Q技术获得高重频窄脉宽基频光输出,通过腔外倍频与和频方式获得三波长激光分束输出。通过优化激光器三波长输出单脉冲能量和脉冲宽度等各项参数指标,设计研制出一台效率高、结构紧凑、波长切换灵活的激光器。该激光器的设计研制对促进激光器的实用化和国
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高重频窄脉宽三波长激光器是激光雷达系统的核心探测光源,广泛应用于大气探测、海洋探测、陆地探测、激光测距等诸多领域。本课题利用LD端面脉冲泵浦Nd:YAG,结合电光调Q技术获得高重频窄脉宽基频光输出,通过腔外倍频与和频方式获得三波长激光分束输出。通过优化激光器三波长输出单脉冲能量和脉冲宽度等各项参数指标,设计研制出一台效率高、结构紧凑、波长切换灵活的激光器。该激光器的设计研制对促进激光器的实用化和国产化起到了重要的作用。本文围绕LD泵浦高重频窄脉宽三波长激光器进行了理论仿真和实验研究,主要工作概括如下:首先,本文以LD泵浦全固态激光器和非线性频率变换技术为研究背景,详细介绍了高重频激光器和全固态紫外激光器的国内外发展历程和研究现状,分析得出本激光器设计采用电光调Q方式结合腔外倍频与和频变换技术实现高重频窄脉宽三波长激光输出的激光器总体设计方案。其次,对比不同泵浦方式的优缺点和常用增益介质的特性,根据本激光器设计指标选择端面脉冲泵浦方式,确定Nd:YAG为激光器增益介质,进行宽温度适应性激光器设计;研究激光晶体的热透镜效应,进行稳定谐振腔设计;建立电光调Q速率方程组并仿真激光动力学过程;对输出镜最佳透过率进行理论仿真。然后,选择倍频晶体与和频晶体均为LBO,并对其相位匹配角进行仿真计算,进行相位匹配设计;研究注入激光峰值功率密度、非线性晶体长度、相位失配量等因素对非线性转换效率的影响并进行仿真分析;研究倍频转换效率对和频转换效率的影响,为实现激光器三波长单脉冲能量均满足设计指标指出了优化方向。最后,以上述理论分析、数值模拟计算为基础,开展LD泵浦高重频窄脉宽三波长激光器的实验研究。LD端面脉冲泵浦Nd:YAG,电光开关为KD*P,输出镜透过率为70%,平平直腔结构紧凑,腔长为145mm。腔外倍频与和频,倍频晶体与和频晶体均为LBO晶体。采用三片分色镜将三波长激光分束输出,该激光器可灵活切换波长。在泵浦24W,重复频率1k Hz条件下,获得三波长激光单脉冲能量分别为1.18m J@1064nm,1.06m J@532nm,0.73m J@355nm;脉冲宽度分别为3.83ns@1064nm,3.42ns@532nm,3.02ns@355nm;光束质量因子分别为Mx2=1.703、My2=1.750@1064nm,Mx2=1.506、My2=1.365@532nm,Mx2=1.514、My2=1.389@355nm;1064nm输出功率短期不稳定性为0.39%,532nm输出功率短期不稳定性为1.21%,355nm输出功率短期不稳定性为1.62%。
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