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高重频全固态Nd:YLF激光器研究

作　者: 孙岩
导　师: 柳强
学　校: 清华大学
专　业: 光学工程
关键词: Nd:YLF晶体 全固态激光器 声光调Q 高重复频率
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


掺钕离子的氟化钇锂(Nd:YiLF4,Nd:YLF)晶体是当前激光领域发展的一个重要方向。首先,其在1053nm的跃迁激光与磷酸玻璃和氟磷酸玻璃的增益峰值非常匹配,使它在玻璃放大器链中的晶体光轴对准、光路调整、以及种子注入等方面均可以得到充分应用;其次,它的上能级寿命为480μs,使它的储能性能高出Nd:YAG两倍,同时它的上能级寿命与发射截面乘积因子与Nd:YAG相当,因此可用于较低阈值的全固态微片激光器;另外,它具有很好的偏振特性,自然双折射远大于热致双折射,抑制了热退偏效应,在大功率泵浦情况下可获得稳定输出。随着激光技术的发展,Nd:YLF已广泛地应用于MOPA、高能量脉冲、中等重复频率(kHz)的调Q开关、连续波以及皮秒锁模等各种激光器件中。本论文以高重频全固态Nd:YLF激光器为研究对象,进行了多方面的理论和实验工作。具体包括:1.理论分析了如何实现高重频1053nm激光输出,给出了高重频1053nm激光输出设计方案,包括晶体参数的确定,泵浦源参数的选择以及输出特性数值模拟等;2.实验上研究了全固态1053nm Nd:YLF激光器的连续输出特性,搭建了两种不同的腔型,平平腔和平凹腔,使用了两种不同大小尾纤直径的泵浦LD,通过一步步的改进得到了理想的输出特性,在40mm短腔内得到了最大平均功率2.13W的连续1053nm激光,光光效率最大33.2%,激光阈值约为0.24W。在平均输出功率1.12W的时候测量激光器的光束质量和角漂,光束质量因子为M _X~2 = 1.247, M_Y~22= 1.285,角漂Δω= 0.2mrad,占发散角的3.1%。3.实验中,在微型谐振腔中加入微型声光Q开关,获得了50kHz,脉宽41.4ns,平均功率1.1W,波长1053nm脉冲激光输出,光光效率32%,脉冲峰值功率不稳定度3.8%,光束质量因子和角漂与激光器连续运转时几乎没有变化。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-22
  1.1 全固态激光器综述  7-8
  1.2 Nd:YLF 激光器发展现状  8-21
    1.2.1 Nd:YLF 与其他掺 Nd 激光晶体对比  8-10
    1.2.2 高重频全固态1053nm Nd:YLF 激光器研究进展  10-21
  1.3 论文主要内容  21-22
第2章 高重频1053nm 激光器设计  22-37
  2.1 总体方案  22-25
    2.1.1 c 切割端面泵浦声光调 Q 激光器  22-23
    2.1.2 c 切割端面泵浦被动调 Q 激光器  23
    2.1.3 a 切割声光调 Q 掠入射侧面泵浦激光器  23-24
    2.1.4 三个方案的对比  24-25
  2.2 参数计算和输出模拟  25-36
    2.2.1 晶体切割方式选择  25-26
    2.2.2 调Q 方式选择  26-27
    2.2.3 热透镜效应计算  27-28
    2.2.4 模式匹配  28-33
    2.2.5 输出模拟  33-35
    2.2.6 效率计算  35-36
  2.3 本章小结  36-37
第3章 全固态 Nd:YLF 激光器连续输出特性  37-50
  3.1 全固态平平腔400μm 尾纤泵浦1053nm 激光器输出特性  37-43
    3.1.1 实验装置  37-39
    3.1.2 输出激光光谱  39
    3.1.3 功率和效率分析  39-41
    3.1.4 光束质量  41-43
    3.1.5 小结  43
  3.2 全固态平凹腔100μm 尾纤泵浦1053nm 激光器连续输出特性  43-49
    3.2.1 实验装置  43-44
    3.2.2 输出功率和光束质量  44-47
    3.2.3 角漂  47-49
  3.3 本章小结  49-50
第4章 全固态声光调 Q1053nm 激光器脉冲输出特性  50-57
  4.1 实验装置  50-51
  4.2 脉冲输出结果和分析  51-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章 结束语  57-59
  5.1 全文总结  57
  5.2 进一步的工作展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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