刘扬[1]2004年在《激光二极管泵浦的被动调Q微片激光器的研究》文中认为激光二极管泵浦的被动调Q微片激光器是一种可以实现短脉冲、高峰值功率、高重复频率的脉冲激光输出的全固化微型激光器。这种激光器具有效率高、体积小、微型化、性能稳定、寿命长等优点，在诸如微脉冲激光雷达、舰船导航、机器人视觉系统、生物医学、微细加工、环境监测等领域，有重要的潜在应用价值。 本论文研究了腔长为1.9mm的激光二极管端面泵浦的Nd：YAG和Cr：YAG粘合结构的微晶片激光器。对激光二极管和微晶片采用整体温控，获得了平均功率22mW、脉宽3.25ns、输出脉冲序列的重复频率2.6KHz的稳定的被动调Q激光脉冲序列。并对连续输出功率进行了理论研究，计算结果与实验结果比较吻合。
姚博升[2]2014年在《LD泵浦的Cr~(4+):YAG被动调Q激光器输出特性研究》文中研究表明激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q全固态激光器，除了具有结构紧凑、能量转化效率高、全固态、性能稳定等特点，其输出的高重复频率、窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光，在远距离测量、遥感探测、医疗健康及空间通信等军事和民用领域具有广泛的应用前景，并且已经占据越来越重要的地位。本文以Nd3+:YAG激光器Cr4+:YAG被动调Q的速率方程为理论基础，采用数值模拟的方法，在Matlab R2011b软件环境下，分别对LD连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下的Nd3+:YAG激光器的输出特性进行了仿真分析。在连续泵浦时，对泵浦速率、Cr4+:YAG初始透过率、输出镜反射率对输出脉冲的重复频率、峰值功率、脉冲宽度的影响进行了仿真分析，与理论基本一致。重点分析了在脉冲泵浦时，泵浦速率、泵浦脉冲宽度等因素对脉冲建立时间、峰值功率、脉冲宽度、脉冲间隔时间等的影响。结果表明，在一定条件下，脉冲泵浦可以对单脉冲输出进行主动控制，从而提高脉冲的参数特性与稳定性；随着条件因素的改变主脉冲之后会出现多个次脉冲，并且不同条件对多脉冲输出特性的影响较大，论文得出的相应结果对被动调Q激光器的设计优化具有一定参考意义。
刘少龙[3]2007年在《Cr～（4+）：YAG被动调Q微晶片激光器输出脉冲特性研究》文中研究说明激光二极管抽运的被动调Q微晶片激光器，相对于传统的固体激光器，具有全固化、体积小、重频高、脉宽窄等优点。其产生的高重频、窄脉宽脉冲激光在远程测量、叁维成像、环境监测等很多领域都具有广泛的应用。因此，激光二极管抽运的被动调Q微晶片激光器成为当前研究的一个热点。本文在分析Cr~(4+)：YAG被动调Q运行机理的基础上，采用理论和实验相结合的研究方法，对Cr~(4+)：YAG被动调Q微晶片激光器输出激光的脉冲特性及其稳定特性进行了研究。本文的主要研究工作及研究成果如下：1．针对连续激光二极管抽运的Cr~(4+)：YAG被动调Q微晶片激光器，理论分析并实验研究了其输出激光的脉冲特性。研究结果表明，Q开关打开之后谐振腔内的增益损耗之比，是影响输出激光脉冲特性的主要因素。2．针对连续激光二极管抽运Cr~(4+)：YAG被动调Q微晶片激光器输出激光的稳定特性，分别进行了理论和实验研究。研究结果表明，Q开关开启时间的不确定性以及开关速度的不确定性，是影响输出激光稳定特性的主要原因。3．针对抽运功率抖动对输出激光稳定性的影响，引入了增益预泵浦技术，并对其进行了初步分析与讨论。讨论结果表明，采用增益预泵浦技术之后，Q开关的开启时间和开关速度的不确定性减小，输出激光的稳定性明显提高。
郭素青[4]2015年在《基于Cr4+:YAG晶体的被动调Q微型激光器研究》文中进行了进一步梳理随着激光技术的不断发展,调Q激光器的应用越来越广泛。激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q全固态激光器是近年来得到广泛应用的一种被动调Q激光器,随着科学技术的不断进步,多种多样的激光器被研制出来,为军事、工业、通信、医疗等各大领域的推进提供了坚实的作用,由于激光二极管泵浦的固体激光器设计简单、体积小、输出波形优良,所以是固态激光器领域的热门,也是目前研究的重要方向。微晶片激光器较传统激光器体积小,激光增益介质采用厚度达mm量级的微晶片固体材料,可构成体积小、结构简单的固体激光器,而且通过被动调Q技术进一步稳定输出波形。研究国内外参考文献及资料,详细介绍国内外关于LD泵浦Cr4+:YAG被动调Q激光器的研究成果,包括目前正在使用的耦合技术及热效应技术等。详细介绍调Q技术的理论基础及实现要求,分别介绍几种不同的调Q方式,其中主动调Q包含电转调Q、声光调Q、电光调Q等,并将主动调Q与被动调Q进行分析比较。Cr4+:YAG可饱和吸收体作为激光器的重要部分,决定着激光器的光谱特性和能级结构,本文从结构和光谱特性两个方面说明其工作原理;激光发射速率方程式是本文重要的理论基础,本文通过描述Cr4+:YAG和Nd3+:YAG的光子积累过程,构建能级跃迁结构,以此根据实际激光器参数建立速率方程。泵浦方式采用LD连续泵浦,调Q方式采用被动调Q,设立基本参数,构建持续泵浦速率方程并根据速率方程,利用MATLAB建立方程仿真模型,本文主要以初始透过率、泵浦速率、输出镜反射率等相关物理量作为条件因素,在设立初始条件的前提下,通过改变这些条件因素,根据输出仿真结果,判定影响结果。泵浦方式采用LD脉冲泵浦,调Q方式采用被动调Q,跟连续泵浦类似,本文在建立脉冲泵浦速率方程的前提下,设立仿真模型和模拟参数,脉冲泵浦的仿真复杂,不同的腔体结构对不同的脉冲波形物理性质不同,本文设立不同的脉冲波形,分别从峰值功率、脉冲个数、脉冲建立时间、时间间隔等方面设定波形,分别讨论其与激光器的外界环境的关系,其中主要包括泵浦源的调制速率、调制占空比、输出镜反射率及Cr4+:YAG晶体初始透过率等,对于影响因素及结果,本文将从反转粒子和基态粒子的变化情况进行系统的理论分析,系统的总结脉冲泵浦中外界环境因素对不同单脉冲或者多脉冲信号的影响。通过仿真建模和数值分析,得出了多种条件下的LD泵浦的激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q激光器的输出特性,对于LD激光器的设计优化具有一定参考意义。
王薇, 朱长虹, 李正佳[5]2003年在《钕激光器被动调Q技术的发展》文中进行了进一步梳理被动调Q激光器运转简便、结构简单,在许多方面得到了广泛的应用。本文介绍了被动调Q钕激光器的发展,主要包括被动调Q材料和激光器技术的发展。实验表明,C_r~(4+):YAG为代表的掺四价铬离子晶体作为被动调Q元件,可以实现1.0μm波段高重复频率、高峰值功率的脉冲运转,为低成本、中小功率的脉冲激光器指出了具有实际意义的发展道路。
巩华荣[6]2002年在《LD泵浦微晶片激光器被动调Q材料的研究》文中研究说明二极管泵浦被动调Q微型激光器是一种可以实现短脉冲、高峰值功率、高重复频率的全固态激光器，这种激光器具有功耗小、效率高、体积小等特点，在军事和民用上都具有重要的应用价值和运用前景，已成为全固态激光器的一个发展趋势。本文针对这一趋势，采用一种新型的腔结构，在Nd~(3+):YAG晶片上液相外延生长一层Cr~(4+):YAG单晶薄膜，形成单片式被动调Q微激光谐振腔的结构，由于激光增益介质(Nd~(3+):YAG)和饱和吸收体(Cr~(4+):YAG)两者的晶格常数基本相同，可以说是同质外延，界面的光学特性与散热特性都十分优良，从而提高了微型激光器的光学与热学性能。 Cr~(4+):YAG饱和吸收单晶外延层的制备与性能优化，需要对材料的吸收光谱与能级结构有深刻的认识，因此本文详细介绍了Cr~(4+):YAG饱和吸收材料的光谱特性，并参照有关文献的低温吸收谱数据，采用晶体场理论对饱和吸收中心Cr~(4+)在晶体中的能级分裂做了深入分析，得到了Cr~(4+)在D_(2d)对称晶场中的能级结构和晶体场参数。 采用Cr、Ca双掺杂工艺在YAG和Nd:YAG基质上生长出具有饱和吸收特性的Cr~(4+):YAG。通过对Cr离子掺杂浓度及外延层厚度的控制，外延层λ=1064nm处的饱和与非饱和透过率(ΔT)差可以很容易地控制在5％～30％，满足微激光器设计要求。在液相外延工艺制备的Cr~(4+):YAG的吸收谱中发现750nm处有一吸收峰，通过对它生成原因的分析，我们将它归属于单晶外延层中存在Cr~(5+)的电子跃迁吸收。 针对饱和吸收介质对泵浦光的吸收和衬底与外延层的晶格匹配应力，从熔料配方着手，对Cr~(4+):YAG单晶薄膜作了进一步的优化实验。从大量的实验中摸索出配方的优化规律。最后对晶体的缺陷做了简要分析。
时光[7]2005年在《DPL微片被动调Q激光器的数学仿真与实验研究》文中进行了进一步梳理近年来,掺Cr~(4+)离子的各种晶体作为被动调Q 开关受到了广泛的关注,它们具有很宽的吸收带和良好的饱和吸收性质,恢复时间较长,光化学性质稳定,无退化现象,热导性好,损伤阈值高。特别是Cr~(4+)离子和激光增益离子双掺的晶体做成的微片调Q 激光晶体已经成了研究的热点。本论文介绍了DPL 高重频、高功率Cr~(4+): Nd~(3+):YAG 双掺微片被动调Q 激光器的数值仿真分析和实验研究工作。首先,在理论分析的基础上,对通常的调Q 速率方程组做了改进,改进后的方程组仿真验证结果更接近于实验结果。然后,根据改进后的速率方程组,对微片被动调Q 二极管泵浦固体激光器进行了数值优化。计算出了微片调Q 脉冲的峰值功率,单脉冲能量,脉冲宽度,重复频率等数值解。从理论上分析了饱和吸收体的长度,晶体通光半径等五个参数对于峰值功率、单脉冲能量、脉冲宽度和重频的影响。开展了以Nd~(3+):YAG 为基片液相外延Cr~(4+):YAG 的双掺微片调Q 实验研究工作,在连续泵浦情况下,得到了输出脉冲重频7-40KHz,脉宽1.66-1.99ns 左右的光脉冲的初步实验结果。此项实验在国内尚未见报道。
牛林全[8]2013年在《基于LIDAR应用的全固化激光技术研究》文中研究表明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。
刘宗华, 郑义[9]2013年在《LD泵浦被动调Q-Yb~(3+)∶YAG微晶片激光器的优化设计》文中进行了进一步梳理从速率方程出发,理论分析了泵浦功率、输出镜反射率、Cr4+∶YAG的初始透过率和长度、Yb3+∶YAG的长度对调Q激光器的重复频率、脉冲宽度、平均输出功率、峰值功率、输出脉冲能量和单脉冲能量利用率的影响。依据理论结果设计了一个窄脉冲宽度、高峰值功率和脉冲能量的被动调Q-Yb3+∶YAG微晶片激光器。该激光器的脉冲宽度Δt=199 ps,峰值功率P m=1.04 MW,输出脉冲能量E=0.21 mJ。
刘少龙, 朱少岚, 赵卫, 刘红军, 王屹山[10]2008年在《Cr~(4+)∶YAG被动调Q微晶片激光器重复频率稳定性研究》文中认为对连续激光二极管抽运Nd∶YVO4/Cr4+∶YAG被动调Q微晶片激光器输出激光重复频率的稳定性进行了理论和实验研究.结果表明,谐振腔内存在最佳净增益,可以使激光器工作在稳定区.通过优化腔内的净增益,耦合输出镜反射率为85%,饱和吸收体初始透射率为70%,抽运功率从1.05W到1.20W的情况下,激光器工作在稳定区.当抽运功率为1.16W时,获得了重复频率为19.48kHz,稳定性优于0.68%(RMS)的高重复频率激光输出.进一步分析了抽运功率抖动对输出激光重复频率稳定性的影响.结果表明,激光器进入稳定区之后,抽运功率的抖动是制约输出激光重复频率稳定性进一步提高的最主要因素.针对抽运功率抖动带来的影响,讨论了增益预抽运技术,并比较了其优缺点.
参考文献：
[1]. 激光二极管泵浦的被动调Q微片激光器的研究[D]. 刘扬. 长春理工大学. 2004
[2]. LD泵浦的Cr~(4+):YAG被动调Q激光器输出特性研究[D]. 姚博升. 西安电子科技大学. 2014
[3]. Cr～（4+）：YAG被动调Q微晶片激光器输出脉冲特性研究[D]. 刘少龙. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2007
[4]. 基于Cr4+:YAG晶体的被动调Q微型激光器研究[D]. 郭素青. 杭州电子科技大学. 2015
[5]. 钕激光器被动调Q技术的发展[J]. 王薇, 朱长虹, 李正佳. 光电子技术与信息. 2003
[6]. LD泵浦微晶片激光器被动调Q材料的研究[D]. 巩华荣. 电子科技大学. 2002
[7]. DPL微片被动调Q激光器的数学仿真与实验研究[D]. 时光. 电子科技大学. 2005
[8]. 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
[9]. LD泵浦被动调Q-Yb~(3+)∶YAG微晶片激光器的优化设计[J]. 刘宗华, 郑义. 发光学报. 2013
[10]. Cr~(4+)∶YAG被动调Q微晶片激光器重复频率稳定性研究[J]. 刘少龙, 朱少岚, 赵卫, 刘红军, 王屹山. 光子学报. 2008