王涛[1]2001年在《种子注入电光调Q激光器系统机理与技术研究》文中提出种子注入技术能有效改善高功率激光器光束输出特性。本文对种子注入高功率电光调Q激光器进行了系统研究。首先对种子注入技术进行了详细的理论分析，在此基础上设计了整体的实验方案。由于种子光的输出特性直接影响到种子注入对高功率激光器特性的改善与否，因而我们选用LD泵浦固体激光器作为种子源，重点对LD泵浦固体激光器理论作了全面详尽的推导，通过数值计算，分析了种子激光器的设计原则，以此为依据优化设计了种子激光器。耦合系统也影响种子注入的效果，经过对模式匹配的计算，确定了具体的实验方案。其次，在实验上对优化设计的种子激光器输出特性进行了检验，种子激光器的斜率效率为24％，光-光效率为17.4％，输出功率为67mw；用红外探测卡和光束质量分析仪等装置检测输出光束的空间分布，结果显示为稳定的基横模输出。然后将其作为种子光注入到高功率调Q振荡器，用光电探测器和示波器观测种子注入前、后Q脉冲波形，脉冲建立时间的变化，说明种子注入在时域上引起振荡光脉冲建立时间的变化。再次用红外探测卡和光束质量分析仪检测空间模式分布，显示Q脉冲为稳定的基横模输出，空间模式分布与种子光趋于一致。我们最终获得了脉宽为32.3ns，稳定的TEMoo模运转，经过种子注入的Q脉冲。
付红颖[2]2011年在《灯泵浦ns调Q1064nm种子激光器研究》文中研究指明高功率、高光束质量激光的获得一直是激光技术领域研究的热点,而种子光注入可获得高功率、高光束质量的激光是一种简单有效的方法,种子激光器能有效改善高功率激光器的光束输出特性。研究设计理想的种子,是获得理想激光的工作重点。本文对种子激光器进行系统的研究,先对种子激光器的理论进行分析,并在理论前提下进行整体实验方案设计,选取脉冲氙灯泵浦Nd:YAG晶体,从四能级激光特性入手,通过对调Q技术分析,得到ns窄脉宽输出,对谐振腔稳定性进行理论计算,研究光束控制对光束质量的影响,获得激光器的最佳设计参数。并通过实验验证,种子激光器的输出为脉宽ns级1064m基横模输出。
王振国[3]2009年在《注入锁频2μm固体激光器研究》文中提出随着气候环境的恶化,人们对大气风场数据的需求越来越迫切。相干多普勒测风激光雷达引起了世界多个国家的关注和重视。2μm固体激光器因其体积小、成本低、大气消光比低、人眼安全等优点,成为相干多普勒测风激光雷达的首选光源。采用注入锁频技术的固体激光器,其输出的激光脉冲可以满足相干多普勒测风激光雷达对激光光源的要求,既满足单纵模、窄线宽、高频率稳定度,又要有足够的单脉冲能量和足够的脉冲宽度。注入锁频激光器的基本组成包括主激光器(种子激光器)、从激光器(环形功率腔)和注入锁频伺服系统。本文从理论和实验两个方面对注入锁频2μm固体激光器进行了研究和探索。首先,测量了Tm3+,Ho3+在不同基质中的可见波段和红外波段吸收光谱、红外波段发射光谱以及荧光寿命,得到增益介质的吸收系数和发射截面,并对不同基质下Tm,Ho激光介质的光谱特性进行了比较分析。利用Tm,Ho:YLF的精细能级分裂数据,计算出激光器模型求解过程所需的必要参数。理论方面,根据Tm,Ho双掺杂晶体的粒子跃迁机制,建立了低温下连续输出Tm,Ho固体激光器的准四能级速率方程理论模型,得到激光跃迁初始反转粒子数密度与泵浦功率的关系。分析了掺杂粒子浓度对泵浦量子效率的影响。从Tm,Ho双掺杂调Q环形激光器的速率方程出发,得到激光上能级初始反转粒子数密度、输出脉冲宽度的解析表达式。分析了各种参数对输出脉冲宽度的影响,讨论了能量上转换和自发辐射等非线性效应对调Q动静比的影响,并指出采用脉冲泵浦方式是低重频下提高调Q动静比的有效手段。在注入锁频激光器理论方面,介绍了种子注入对注入锁频激光器腔内初始光场分布的影响,讨论了注入锁频激光器的最大频率失谐量与最小种子注入功率。分析了注入锁频的纵模匹配条件,并得到环形腔激光器频率失谐量的计算表达式。实验方面,设计并实现注入锁频2mm固体激光器。实验研究了不同基质下Tm,Ho微片激光器的输出特性。并得出结论,降低泵浦光和腔内振荡光的匹配度可获得更高的单纵模输出功率。对比微片厚度为0.9mm、0.5mm的Tm,Ho:YLF微片激光器和复合腔激光器的单纵模激光输出可知,减小激光器的有效腔长将获得更高的单纵模输出功率,但也会导致输出激光的光束质量和光斑的远场分布变差。利用ABCD环绕矩阵,优化设计了“8”字环形腔从激光器。并实验研究了连续运转和调Q运转下,谐振腔腔长、输出耦合镜透过率等参数对低温Tm,Ho固体激光器输出特性的影响。重点研究了不同谐振腔长、不同输出耦合镜透过率下,激光器输出脉冲宽度随输出单脉冲能量的变化;以及激光器输出单脉冲能量、脉冲宽度、峰值功率、调Q动静比随脉冲重复频率的变化。最后,进行了注入锁频激光器的实验研究。设计了种子光与环形腔的横模匹配耦合系统,提高种子光能量的利用率;设计了注入锁频的伺服系统,使激光器可以进行精确的纵模匹配,并给出了各元器件应满足的控制时序关系。最终实现了2mm固体激光器的注入锁频,获得频率锁定时激光器输出特性的变化,并测量了激光器的最大频率失谐量。
贾玲[4]2010年在《半导体泵浦调Q固体激光器》文中研究表明半导体泵浦固体激光器技术是新一代固体激光技术发展的主流。本论文重点介绍了当今半导体泵浦固体激光器及固体脉冲激光技术的发展状况,系统地分析了半导体泵浦调Q Nd:YVO_4激光器内的能量传输机制和激光输出特性,以及影响激光输出的一些因素,给出了调Q激光输出能量、阈值、斜效率、峰值功率和脉冲宽度等一些参量的表达式。在讨论了半导体泵浦调Q激光理论和激光输出特性后,给出高功率半导体泵浦固体激光器的泵浦结构、聚光器、谐振腔、电光Q开关、耦合光学系统、冷却系统等设计方法与依据。
牛林全[5]2013年在《基于LIDAR应用的全固化激光技术研究》文中进行了进一步梳理激光器是激光雷达的核心，其性能指标直接决定了激光雷达的主要技术参数。基于脉冲测距体制的激光叁维成像雷达是激光雷达的重要成员之一，要求激光器需具有高重复频率、窄脉冲宽度、高光束质量、高效率和体积小、重量轻等特点。本论文针对激光叁维成像雷达的应用，对半导体激光器（LD）泵浦的被动调Q微腔激光器和基于主振荡功率放大（MOPA）掺Yb~(3+)脉冲全光纤激光器进行了研究，并研制出MOPA脉冲光纤激光器工程样机，在激光叁维成像雷达上进行了应用。本论文的主要工作和创新结果包括以下几个方面：1．基于Cr~(4+):YAG被动调Q速率方程，推导得出了激光脉冲输出特性相对于两个无量纲常变量z和α的函数；利用相应函数，对脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度、激光效率等激光脉冲参数特性进行数值模拟和理论分析，为被动调Q微腔激光器的设计提供了理论指导。2．搭建了LD泵浦Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动调Q微腔激光器系统，实现稳定调Q激光脉冲输出。并针对在实验研究过程中观察到的双脉冲时间波形现象进行了理论分析和实验研究，发现双脉冲时间波形与激光空间模式分布存在着对应关系，经分析得到了激光器双纵模的振荡是导致这种现象的直接原因。提出了实际应用中避免此现象的解决方案并进行了实验验证。3．建立了基于MOPA结构的高峰值功率纳秒掺Yb~(3+)全光纤激光器系统，实现1064nm脉冲宽度<1ns~10ns可调、重复频率10kHz~1MHz可调、峰值功率为123kW的稳定单横模激光脉冲输出。这种峰值功率高、可控性强、稳定性好、可靠性高的全光纤激光器系统，对激光叁维成像雷达整机性能的提升有极大的促进作用。4．研制出高峰值功率脉冲全光纤激光器工程样机应用于激光叁维成像雷达系统，进行叁维成像实验，激光叁维成像雷达在40o×40o的视场范围内，获得了距离分辨率1.86cm，距离精度±7.5cm，角分辨率0.009°的激光叁维扫描图像，成像实验结果表明研制的激光器可满足叁维成像雷达的高分辨率成像需求。同时通过激光雷达系统的长期室内和户外工作验证了激光器的可靠性和稳定性。
王晓梅[6]2018年在《掺钕多段键合晶体的热效应和激光特性研究》文中认为激光二极管(Laser Diode)泵浦的全固态激光器的系统稳定性强、整体结构简单、光束方向性好且获得的泵浦效率非常高等优点,在激光光谱检测、通信光谱编码、精密工业加工、遗传基因能量转移、先进医学手术等先进学技术领域收到科学家们的青睐,得到大范围推广与应用,近年来一直是人们研究的热点。泵浦功率增加引起增益介质产生的热透镜效应和热致双折射效应是阻碍激光器获得更高输出功率和更好光束质量的关键因素之一。近年来的研究表明,具有浓度梯度的键合晶体,可以有效地减少增益介质内部由于热沉积而产生的热损耗,从而减少热效应。本论文的泵浦源选用光纤耦合输出的激光二极管,选用分段掺杂不同浓度的键合 Nd:YVO4/Nd:YVO4/Nd:YVO4、Nd:GdVO4/Nd:GdVO4/Nd:GdVO4、Nd:GdVO4/Nd:YVO4/Nd:GdVO4、Nd:YVO4/Nd:GdVO4/Nd:YVO4 晶体作激光工作物质,分别对键合晶体的热效应参数即温度场和热焦距以及脉冲激光特性进行了探索。论文的涉及的工作有以下几个方面:(Ⅰ)研究了非键合晶体和不同掺杂浓度的分段键合晶体的热效应机理,利用有限差分法将热传导方程的中的导数用相应的差商近似代替,得到差分形式方程,采用数值模拟方法,理论模拟了同基质和不同基质的增益介质的热焦距和晶体内部以及泵浦端面上的温度场分布情况。对晶体的热焦距进行了实验测量,测量的结果和数值模拟的数据在变化趋势上一致,即理论数据和实验结果随泵浦功率变化的趋势吻合。(Ⅱ)实验研究了以GaAs为饱和吸收体的LD泵浦键合Nd:YVO4/Nd:YVO4/Nd:YVO4被动调Q激光特性。通过实验测得了激光器特性参数如输出功率、脉宽、脉冲重复率等在不同输出镜透过率条件下随泵浦功率发生变化的趋势。然后利用E=Pav/F和Ppeak =E/tp计算出单脉冲能量、峰值功率,分析和泵浦功率的变化关系。(Ⅲ)实现了 Cr4+:YAG饱和吸收体1064 nm的LD泵浦多段键合Nd:YVO4晶体被动调Q激光运转。实验采用平凹腔结构,通过实验获得了两块不同掺钕浓度的键合Nd:YVO4晶体在不同小信号透过率条件下表征激光器性能的参数如输出功率、脉宽、峰值功率等随泵浦功率变化的趋势。(Ⅳ)实现了 LD泵浦键合Nd:YVO4主动调Q的1064 nm激光运转。利用EO开关作为调Q器件对激光器实现了主动调Q,研究其主动调Q的激光特性,选用两块相同尺寸不同掺钕浓度的键合Nd:YVO4/Nd:YV04/Nd:YVO4晶体进行实验测量,分别在不同输出镜透过率的条件下,测得经过谐振腔的输出功率、脉宽、脉冲重复率等表征激光器性能的参数随泵浦功率增加而改变的趋势,进而利用E=Pav/F和Ppeak=E/tp计算出E和Ppeak的变化曲线。(Ⅴ)利用半导体可饱和吸收镜SESAM,分别采用W型和X型五镜折迭腔实现了 LD泵浦下键合Nd:YVO4和Nd:GdVO4晶体1064 nm的稳定连续锁模激光输出。利用ABCD矩阵理论进行计算,选择合适腔长,进一步优化和调整谐振腔的各项参数,获得稳定的连续锁模输出。(Ⅵ)采用X型腔,对不同基质键合Nd:GdVO4/Nd:YVO4/Nd:GdVO4和Nd:YVO4/Nd:GdVO4/Nd:YVO4晶体1064 nm的连续锁模激光特性进行了对比研究,结果表明Nd:GdVO4/Nd:YVO4/Nd:GdVO4的激光性能更好,而且同等条件下优于同基质键合Nd:GdVO4/Nd:GdVO4/Nd:GdVO4晶体的激光输出特性。论文的创新点:(Ⅰ)首次通过分段晶体近似薄透镜的计算方法,计算出不同基质键合Nd:GdVO4/Nd:YVO4/Nd:GdVO4、Nd:YVO4/Nd:GdVO4/Nd:YVO4 晶体的热焦距。借助 MATLAB软件,采用有限差分法,模拟出键合Nd:GdVO4/Nd:GdVO4/Nd:GdVO4、Nd:GdVO4/Nd:YVO4/Nd:GdVO4、Nd:YVO4/Nd:GdVO4/Nd:YVO4 晶体内部温度场的分布情况。(Ⅱ)首次利用SESAM实现了键合Nd:GdVO4/Nd:GdVO4/Nd:GdVO4晶体连续锁模激光运转。(Ⅲ)首次利用SESAM实现了不同基质键合Nd:GdVO4/Nd:YVO4/Nd:GdVO4和Nd:YVO4/Nd:GdVO4/Nd:YVO4晶体连续锁模激光运转,并对它们的激光特性进行了对比研究。
隋展[7]2006年在《高功率激光系统中的光束全息控制》文中研究指明用于惯性约束聚变(ICF)研究的高功率激光驱动器是复杂、大型的科学工程，其主要的科学技术问题可归纳为两大类：一是能量转换问题，涉及“能量流”的转移和传递规律，决定了系统的效率和规模，主要是“量”的问题；其二是激光束控制问题，涉及“信息流”——激光光场各参数在输运过程中的变化规律和控制技术，决定了系统的性能参数和指标，主要是“质”的问题。 本论文着重于高功率激光系统的光束控制研究。以表征激光束特性的时间、振幅、光谱、位相等四个信息参量为对象，创新性地研究了脉冲时域整形技术、光强空间整形技术、光谱角色散技术和波前控制技术。首次提出并实现了啁啾脉冲堆积型的时间波形任意整形；液晶光阀可编程光强空间整形；特殊光栅光谱角色散焦斑束平滑和小尺度波前畸变的探测和补偿，从而对高功率激光系统的激光束实现了高精度、可编程、有效的“全息”控制。为提升新一代高功率激光系统的技术水平和性能指标提供了科学技术的支持。相关研究成果已撰写论文10余篇，授权专利1项。 本论文的主要内容与研究成果如下： 1、基于光学方法实现激光脉冲波形时域整形的研究 提出以啁啾脉冲堆积方法实现激光脉冲波形高精度整形的技术路线。对脉冲堆积时域整形的基本理论进行了详细的分析研究，实验研究了技术的可行性、方法和相关工程技术，获得了稳定的高精度可编程整形脉冲。为解决堆积脉冲的噪声问题，还开展了脉冲平滑滤波技术的研究。已成功地与实际运行的激光装置的前端系统进行了联机实验。 该项研究成果有助于使我国在脉冲时间波形的精确控制能力和技术水平上达到国际先进水平，将被采纳为我国新一代高功率激光系统神光Ⅲ的主脉冲成形方案。 2、激光束近场空间分布控制技术研究 提出利用液晶光阀空间光调制技术实现激光束近场空间分布的自动反馈、可编程控制的技术方案。研究了液晶光阀对高功率激光束空间整形的基本原理：实验研究了液晶光阀的强度调制特性、附加位相调制特性、附加高频调制特性、透过率稳定性和整形光束的空间传输特性；以及自动反馈控制的模型和方法，开发了控制软件。并在国际上首次成功地应用于激光聚变高功率激光系统中(神光Ⅲ原型装置)。3、激光脉冲光谱控制技术及应用研究 研究了高功率激光光谱色散平滑的基本理论，提出利用堆积啁啾脉冲的周期性光谱调制特性和新颖特殊光栅实现光谱角色散和激光束远场焦斑的时间平滑。建立了啁啾脉冲堆积的光谱调制模型并推导了其色散关系；提出并设计了圆光栅、星光栅、阵列型光栅等特殊光栅；数值模拟了的束平滑效果。结果表明平滑效果优良，具有实际应用的潜力。此外；对高功率激光系统中相位调制的边带失衡问题进行了研究并经实验验证，已应用于工程实践中。 4、激光束波前控制技术研究 提出利用级联液晶光阀空间光相位调制器和菲涅尔波带片阵列波前探测技术实现对激光束小尺度波前畸变进行控制的原理、方法和技术。 研究了高功率激光束的小尺度畸变波前的传输特性及其对高功率激光系统的影响；对液晶空间光调制器控制小尺度波前畸变的可行性进行了分析；用光学径向剪切干涉法和阵列菲涅耳波带片波前分割法检测小尺度畸变波前。实验验证了这一波前控制的可行性，达到了对小尺度波前畸变进行有效控制的目的。 本文的主要创新点归纳如下： 1．首次提出并实现了基于全光学方法、利用啁啾脉冲堆积技术实现激光脉冲波形高精度整形的原理、方法和技术； 2．首次提出并实现了在高功率激光系统中利用液晶光阀空间光调制技术实现激光束近场空间分布的可编程、自动反馈控制的原理、方法和技术； 3．首次提出利用周期性啁啾堆积脉冲和新颖的特殊光栅实现“一维”光谱角色散焦斑时间平滑的技术原理，理论模拟表明其效果相当好，某些结果可以与叁维光谱角色散比美； 4．首次提出并实现了在高功率激光系统中利用级联液晶光阀空间光相位调制器和菲涅尔波带片阵列波前探测技术实现对激光束小尺度波前畸变进行控制的原理、方法和技术。
刘国华[8]2007年在《高功率光纤激光器的理论研究》文中提出由于高功率双包层光纤激光器具有光束质量好、效率高、结构紧凑和散热性好等特点,近年来发展迅速,已广泛应用于光通信、激光加工、激光医疗和军事等领域。本论文利用数值模拟和理论分析的方法,对高功率掺镱双包层光纤激光器进行了深入系统的研究,为高功率光纤激光器的设计提供了理论依据。(1)根据高功率掺镱双包层光纤激光器的速率方程,推导出其近似解析式,并进行了数值模拟。研究了光纤中的激光和抽运光的分布特性,详细分析了光纤激光器的结构参量对输出特性的影响。(2)研究了LD尾纤与双包层光纤的侧面耦合,得到耦合效率与倾斜角的关系式,并进行了数值模拟。结果表明,存在一个最佳斜角,使得耦合效率取极大值。(3)建立了高功率掺镱双包层光纤激光器在多种抽运方式下的理论模型,推导出其近似解析式,并进行了数值模拟。研究了不同抽运方式对光纤激光器输出特性的影响。模拟结果表明,采用空间多点抽运方式,可以使抽运光在光纤中的分布更加平坦,从而使激光在光纤轴向上均衡地增大。(4)从热传导方程出发,推导出高功率掺镱双包层光纤激光器中温度分布的表达式,并数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布。结果表明,采用空间多点抽运方式,可以使温度在整个光纤长度上均衡分布,而输出功率没有明显下降。选择适当的抽运光数目、合理设置抽运光注入位置,优化抽运光功率,可以降低光纤的温度,使温度分布更平坦。(5)研究了高功率双包层光纤激光器的受激喇曼散射和受激布里渊散射,利用打靶算法,对其进行了数值模拟。模拟结果表明,减小光纤长度、增大纤芯直径和降低掺杂浓度,可以提高受激喇曼散射和受激布里渊散射的阈值抽运光功率,从而抑制非线性效应。(6)研究了以闪耀光栅为色散元件的高功率掺镱双包层光纤激光器阵列的谱迭加技术,n个不同波长的激光束,经光栅衍射后在近场和远场重迭在一起,激光束的衍射效率>99%。(7)探讨了光热折变无机玻璃布拉格体光栅对宽谱、发散光束的衍射特性,研究了两束激光的体光栅谱迭加原理和技术,推导出衍射效率表达式,利用此式可以对体光栅的参量进行优化设计。(8)阐述了种子源主振荡放大光纤激光器的工作原理,并借助行波放大的暂态方程,对种子源脉冲放大进行了数值分析。
参考文献：
[1]. 种子注入电光调Q激光器系统机理与技术研究[D]. 王涛. 中国科学院西安光学精密机械研究所. 2001
[2]. 灯泵浦ns调Q1064nm种子激光器研究[D]. 付红颖. 长春理工大学. 2011
[3]. 注入锁频2μm固体激光器研究[D]. 王振国. 哈尔滨工业大学. 2009
[4]. 半导体泵浦调Q固体激光器[D]. 贾玲. 长春理工大学. 2010
[5]. 基于LIDAR应用的全固化激光技术研究[D]. 牛林全. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2013
[6]. 掺钕多段键合晶体的热效应和激光特性研究[D]. 王晓梅. 山东大学. 2018
[7]. 高功率激光系统中的光束全息控制[D]. 隋展. 复旦大学. 2006
[8]. 高功率光纤激光器的理论研究[D]. 刘国华. 华中科技大学. 2007
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