本科毕业论文--NDYAG陶瓷被动调Q激光器输出特性研究.doc

长 春 理 工 大 学毕业设计(论文) 任务书题目名称：ND:YAG陶瓷被动调Q激光器输出特性研究学生姓名： 曲成明 起止日期：2015.03 2015.06题目要求：简要介绍陶瓷激光器工作物质及被动调Q晶体特性。针对LD侧面抽运Nd:YAG陶瓷激光器进行了激光器谐振腔设计以及被动调Q参数优化，得出最佳谐振腔腔型结构并模拟Cr4+:YAG晶体初始透过率和被动调Q峰值功率，脉冲能量，脉冲宽度以及重复频率关系曲线。采用平平和平凹两种腔型，在一定泵浦条件下进行实验，在同样实验条件下利用相同尺寸和掺杂浓度的Nd:YAG单晶进行对比，得出结果。主要内容：窗体顶端窗体底端窗体顶端窗体底端具体要求：1.开题报告中要阐述论文的研究目的、意义、国内外相关领域研究现状，及论文拟采取的研究方法和路线，其中文献综述不少于2000字，外文翻译不少于4000字，文献资料查询不少于12篇，外文文献不少于3篇。论文规范和字数要求按照长春理工大学毕业论文要求执行。2.成果形式：研究论文。明确LD侧抽运ND:YAG晶体的工作原理，利用MATLAB软件数值模拟热特性关系曲线。3.体现的专业训练要求：a.外语水平；b电子科学与技术专业领域必需的较宽的基础理论知识；c.文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。指导教师签字： 系主任签字 年 月 日论文开题报告（设计方案论证）1. 本课题研究的目的、意义；2. 国内外研究现状；3. 拟采取的研究路线；4. 进度安排；5. 文献综述；6. 外文文献翻译；1.研究目的、意义研究目的采用陶瓷晶体作为激光器工作物质,设计谐振腔并进行被动调Q参量优化。随后完成连续实验和被动调Q实验输出特性研究。研究意义在固体激光技术及其相关领域的发展中，固体激光工作物质的开发是研究基础和先导，对于产生高性能的激光振荡具有决定性的意义。探索优秀的激光材料并应用于研发新型激光器件始终是激光研究的发展方向。而陶瓷激光材料相对于晶体，无论是生产成本还是材料性能均具有优势。陶瓷激光器可以超越相应晶体激光器的性能，拓展相应激光器的应用领域，近年来迅速发展的新型陶瓷是继单晶、玻璃之后又一值得瞩目的激光材料。2.国内外研究现状国外研究现状：2006年，美国利弗莫尔实验室（LLNL）采用Sm3包边Nd:YAG复合结构陶瓷热容激光器实现了5Hz、67kW激光输出，持续时间10s，Sm3掺杂包边Nd:YAG陶瓷的设计方案有效地抑制了ASE和参量振荡。2011年，Zhang等首次报道了LD抽运ND:YAG-CR4+:YAG复合晶体腔内三倍频率355nm被动调Q紫外激光器。实验中采用的工作物质是通过扩散键合技术制备的ND:YAG-Cr4+:YAG复合晶体，复合晶体的尺寸为4mm4mm7mm，其中ND:YAG晶体长度为5mm，ND离子的掺杂浓度为1.0%；Cr4+:YAG晶体的长度为2mm，初始透射率为76%。在入射抽运光功率为7.2W时，获得最大输出功率为110mW，光光转换效率为1.5%，2.95，获得的最小脉冲宽度为23.9ns，最高重复频率为19.6KHz，脉冲能量为5.6J，峰值功率为0.23kW。2012年，Zhu等报道了LD抽运的ND:YAG-Cr4+:YAG复合晶体V型腔被动调Q532nm绿光激光器.在入射抽运光功率为19.4W的条件下，激光脉冲的平均输出功率为1.83W，脉冲宽度为93.2ns，重复频率为9.1kHz，峰值功率为2.16kw，光光转换效率为9.4%。2013年，Dong等研制出了高效的Cr4+：YAG被动调Q Yb：YAG微片激光器。所采用Yb：YAG晶体的厚度为1.2mm，Yb3+的原子数分数为10%，Cr4+：YAG晶体的厚度为1.5mm，对1030激光的初始透射率为95%。国内研究现状：2004年，东北大学孙旭东采用固相反应法、1700真空烧结5h，制备了高透光的NdYAG陶瓷，其在可见光区最大透光率63%，红外光区透光率接近70%。2007年，又与中科院理化所、物理所合作将输出功率提高到10W。此外，潘裕柏课题组还制备出其它金属离子掺杂的高透光激光陶瓷，如:5at%Yb，0.025at%CrYAG陶瓷(透光率达75%，=1100nm)和Cr，NdYAG透明陶瓷(红外波长段的透光率也达到了78%)。2014年苏艳丽等采用预泵浦方式 ，在激光二极管泵浦的Cr4+:YAG 被动调Q微片激光器中获得重复频率连续可调、稳定振荡的激光脉冲输出，重复频率连续可调范围为228 kHz， 其单脉冲能量的稳定性优于2.50%。 其中，在重复频率为 20 kHz 时，获得脉冲宽度为 2.431 ns，单脉冲能量 17.6J，消光比 252:1的脉冲输出，其幅度不稳定度约为 4.00%，重复频率不稳定度约为 2.40%。 采取的研究路线查阅资料方案设计模拟实验分析总结首先，搜集相关资料和书籍，学习并掌握LD侧面泵浦ND:YAG晶体的主要知识，了解LD侧面泵浦ND:YAG晶体激光器的研究现状。然后，方案设计。总结、分析现有方案，找出其中的可取之处和有待完善的方面。其次，根据掌握的资料，模拟出实验。最后，结合模拟得出的数据，研究激光器输出特性。完成论文，准备答辩。进度安排第七学期：寒假2周 熟悉论文研究内容、具体要求及指标，查阅资料，完成外文文献翻译、文献综述总结。第八学期：第 1 周 完成论文开题报告。第 2 周第5周 依据已掌握的资料和书籍，学习有关ND:YAG陶瓷被动调Q激光器相关知识。第 6 周第9周 优化谐振腔，被动调Q优化设计。第10周第14周整理模拟数据，完成ND:YAG陶瓷晶体和单晶二者实验实验方面上的对比分析，绘制图表；完成论文撰写工作，准备答辩。5. 文献综述（2000字以上，列出主要参考文献）1.陶瓷晶体的制备现阶段激光陶瓷晶体的制备过程大体可以分为三步,粉体的制备,成型和烧结。第一步粉体的制备比较关键,毕竟良好的晶体粉体对于制备出高性能和高透过率的激光陶瓷晶体是非常必要的,这就要求陶瓷粉体颗粒均匀并且细小,形状规整,不团聚分散和纯度高。一般情况下合成陶瓷粉体主要使用以下两种方法,固相法和湿化学法。固相法是比较传统的生产粉体的方法,其方法简单易行,成本较低,效率较高,主要采用较高纯度的Al2O3, Y2O3等粉体按照陶瓷YAG化学计量配料,混合,研磨,锻烧之后在进行一次研磨达到一定的颗粒大小。但是这个方法也存在自身的弊端,主要是反应温度较高且容易混入杂质等。之后人们对固相法进行改进,制备中所需温度降低,且生产过程缩短,但杂质的混入使得粉末的纯度不高。湿化学法主要包括共沉淀法,溶胶凝胶法,喷雾热解法,水解法。此种方法具有组分均匀,生产过程温度低,颗粒形状可以控制等优点。在湿化学法所包含所有制备方法中,沉淀法可以在分子水平上进行物质控制,化学均匀度好,是现阶段粉体制备比较普遍的方法。成型工艺得到了一定强度的致密坯体。冷等静压成型和热等静压成型是主要工艺形式。烧结过程对于陶瓷制造工艺可以说是收尾的一步,烧结过程的实质就是将坯体在适当的环境中加热,之后将其冷却到室温的一种制备过程,烧结过程也是整个陶瓷晶体制备过程当中的一个比较重要的环节。2.国内外发展历程国内发展历程：2005年中国科学院上海光学精密机械研究所设计关于Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG陶瓷激光器如图2.1所示,实验利用钛宝石激光器端面抽运Nd:YAG陶瓷晶体。Cr4+:YAG晶体初始透过率为90%,当泵浦功率为465mV时,获得脉平均输出功率61mW,重复频率18.18kHz,单脉冲能量3.4J,脉冲宽度16ns。 图2.1 端泵被动调Q 实验装置图2006年,中国科学院上海硅酸盐研究所通过Nd:YAG透明陶瓷实现了激光输出。多晶Nd:YAG陶瓷晶体的尺寸为3mm*3mm*3mrn,端面抛光增大透过率。最后得到1064nm连续输出功率1003mW,斜率效率为14%。2008年,中国科学院上海光学精密机械研究所实现侧面抽运陶瓷激光器的研究工作。运用激光二极管侧面抽运国产Nd:YAG陶瓷棒。陶瓷棒尺寸为3mm*35mm,掺杂浓度为l.0at.%。在泵浦功率为256W情况下得到平均功率23W的准连续激光输出。文中被动调Q晶体为Cr4+:YAG,当初始透过率为60%时,抽运功率154W得到平均输出功率4.5W,脉冲宽度为14.5ns的调Q脉冲输出。中国科学院物理研究所在2009年进行关于LD端面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器的设计工作,抽运源为光纤耦合激光二极管,如图2.2所示。Nd:YAG晶体掺杂浓度为1.0at.%,长度40mm。谐振腔采用短平平腔结构。输出耦合镜的透过率为15%,吸收功率129W,得到最大输出功率达到76W,光-光转换效率和斜率效率为59%和63%。利用单晶Nd:YAG激光棒进行实验,其最大输出功率为83.6W,略高于陶瓷晶体。图2.2 端面泵浦实验装置图2010年长春理工大学实现了 660nmNd:YAG陶瓷晶体红光激光器的运转。如图2.3所示,实验所用晶体长度为3mm*50mm,掺杂浓度为l.lat%。在脉冲泵浦情况下,当单脉冲抽运能量为144mJ时获得了3.9mJ的脉冲红光激光输出,光-光转换效率2.71%。抽运源中心波长为808nmLD列阵组成,谐振腔长度约为10cm,倍频晶体为KTP,激光运转时通过微调色散棱镜来帮助获得红光输出。图2.3 脉冲红光实验示意图2010年四川大学对Cr4+:YAG被动调QNd:YAG陶瓷激光器进行理论实验研究。实验采用端面泵浦,工作物质表面锻膜作为全反镜,这样可以缩短腔长,谐振腔长为15mm。陶瓷晶体尺寸为15mmx2mm,掺杂浓度l.0at.%,被动调Q初始透过率73%。被动调Q实验中测量在不同输出耦合透过率的情况下脉冲平均输出功率,重复频率和单脉冲能量实验结果,并同理论结果相对比。2013年岱钦等采用激光二极管脉 泵浦Nd:YAG/Cr4 +:YAG 键合微片晶体，研制了脉冲泵浦被动调Q微片振荡器，通过设计激光二级放大结构，获得了窄脉冲大能量1064nm 激光，输出激光脉冲宽度为1.28ns，最大单脉冲能量为120mJ。国外发展历程：2005年日本千叶大学实现高重复频率（l00kHz) 二极管泵浦声光调QNd:YAG陶瓷激光器,实验中所用的谐振腔为反弹几何腔。陶瓷晶体的尺寸为2mm*5mm*20mrn,掺杂浓度为2.0at.%。在泵浦功率为38W,谐振腔长度为27cm条件下,重复频率50kHz和l00kHz都可得到接近10W输出功率。脉冲宽度同重复频率的关系中,在低于160kHz的情况下脉冲宽度小于 100ns,且在20kHz处得到最小脉宽24ns。为了优化输出光束质量,在泵浦功率为38W,腔长55cm条件下,重复频率为50kHz,输出功率达到了8W,此时光束质量为Mx=1.8, My=1.3。韩国原子能研究所干2006年实现了高效率二极管侧面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器。实验应用扩散光腔作为光泵浦谐振腔。实验所得最大输出功率为211.6W,光-光转换效率为48.7%。在最大的激光输出功率下得到光束质量因子M为18.7。文中详细介绍了如何计算陶瓷晶体热透镜焦距,并对比了单晶和多晶的模拟和计算结果。结果表明陶瓷晶体热透镜焦距要明显长于单晶的热透镜焦距。实验所用陶瓷晶体尺寸为3.5mm*87mm,掺杂浓度为0.6at.%。2008年，日本的KAWASHIMA等人在锯形光学谐振腔里用Yb：YAG陶瓷板实现了302W的连续激光输出，对应的光光转换效率为60.6%。2011年，日本激光技术研究所报道了他们的复合陶瓷激光器，输出功率最高可达214W,斜率效率为63%。2012年，Yang等报道了LD端面抽运的ND:YAG-Cr4+:YAG复合晶体构成的激光器作为抽运源，抽运小型腔内OPO。输出信号可在1402-1676nm之间进行调节。复合ND:YAG-Cr4+:YAG晶体中，ND:YAG部分尺寸为4mm4mm2mm，ND离子掺杂浓度为1%，Cr4+:YAG部分尺寸为4mm4mm1.5mm，初始透射率为76%。在LD抽运功率为14W时，输出1534nm激光的最大平均输出功率为600mW，脉冲宽度为2.0ns，重复率为16kHz，峰值功率为18.7kW，脉冲能量为37.5J。3.陶瓷激光器未来发展总结激光透明陶瓷具有良好的材料和光学特性，并具有可掺杂浓度高、制备周期短、生产成本低、能够大规模生产等特点，成为继单晶和玻璃之后的又一具有较好前景的激光材料。近年来，国内外对陶瓷激光器的研究比较关注并且取得了较大的进展，随着制备工艺的进一步发展，陶瓷激光器将有可能有更好的发展前景。参考文献1 李卫东,曹瑛.透明陶瓷的研究进展.人工晶体学报,2007,36(1):102-1052 王超,陆小荣.透明陶瓷研究进展.中国陶瓷,2010,46(10):12-153 王小坤.曾智江.激光陶瓷的研究进展.中国陶瓷工业,2006,13(2):42-534 李颂豪.透明陶瓷激光器的研究进展.光学与光电技术，2006 02-0001-085 姚志健.刘亚东.YAG陶瓷激光器的研究进展，激光技术，2013 03-0326-046 陈晶.杨付.透明激光陶瓷的发展现状及未来趋势分析，舰船防化，2010 7-117 魏建维，李港，陈檬全固态激光器在高能激光武器领域的应用J地面防空武器，2005，313(1)：51538 王学荣，米晓云，卢歆透明陶瓷的研究进展J，硅酸盐学报，2007，35(12)：167116749 杨秋红激光透明陶瓷研究的历史与最新进展J硅酸盐学报，2009，37(3)：47648410 冯涛，姜本学，蒋丹宇，徐军，施剑林Nd:YSAG透明陶瓷的制备及激光实验J硅酸盐学报，2008，36(6)：81281511YANAGITANIT,YAGIH,CHIKAWAA.Production of yttrium aluminum garnet fine powder：Jpn.10-101333P.199812 KAWASHIMA T，IKEGAWA T，MIYAJIMA H，et al 302W diode- pumped cryogenic Yb YAG ceramics zigzag slab laser with 60% conversion efficiencyC/ / Optics InfoBase Rochester Ny USA：Optical Society of America，2008：PDPA513 FURUSE H，KAWANAKA J，MIYANAGA N，et al Zig-zag active-mirror laser with cryogenic Yb 3 + YAG / YAG composite ceramicsJOptics Express，2011，19（3）：2448-245514 Junhua Lu. Jianren Lu 36-W diode-pumped continuous-wave 1319-mil Nd:YAG ceramic laser. OPTICS LETTERS. 2002.27(13).1120-112215 Takashige Omatsu, Tomohiro Isogami. 100 kHz Q-switched operation in transversely diode-pumped ceramic Nd3+:YAG laser in bounce geometry. Optics Communications, 2005,249(2005):531 -5376. 外文文献翻译(4000印刷符号)NdYAG被动调Q微晶陶瓷微片激光器的径向偏振和脉冲输出据我们所知，对于第一次径向偏振激光脉冲从一个被动调Q微晶Nd：YAG陶瓷激光器和一个Cr 4+：YAG晶体作为可饱和吸收体和多层同心亚波长光栅的偏振选择性输出耦合器产生。平均激光功率达到450兆瓦是斜率效率的30.2%。激光脉冲有一个759瓦的最大功率，最小为86ns的脉冲持续时间，和6.7 kHz的重复率在3.7W的吸收泵浦功率下。测量高达97.4%的径向偏振脉冲的偏振度。这样的径向偏振激光脉冲高峰值功率和宽短是很重要的在众多的应用如金属切削。调Q激光脉冲高峰值功率和纳秒时间发现广泛应用于工业区，以修剪，及加工为标志1,2。一提到在金属切削加工中的应用，众所周知径向偏振光束（RPB）的效率提高了一倍与线性或圆偏振光束相比3,4。RPB也显示在高分辨率显微镜 5,6，粒子加速和捕获 7 ，和光学镊子等等的重要应用。展望建设新的激光源的径向偏振脉冲发射的高功率、短时间是有吸引力和迷人的。以前波尔报道01代TE模式脉冲直接来自一个红宝石激光器在有机染料溶液作为饱和吸收体与方解石的望远镜结构做为模式选择 8 。该脉冲输出转换为径向偏振脉冲通过外腔的偏振转换。然而，除了低激光效率，激光遇到的挑战是在保持稳定性和操作重要性由于复杂模式的敏感腔配置和染料调Q的耐久性差。最近LIETal.利用激光二极管（LD）端面泵浦微片激光器，在具有多层同心的亚波长光栅的偏振选择器相结合，生成连续震荡的RPB 9。当相比与一个侧面泵浦激光器10，12，该方法简单、紧凑。高的激光效率和优异的模态质量是很容易实现的，对于内腔孔的必要性基本上可以消除。此外，由于AQ脉冲宽度开关激光与腔长成正比 13 ，短腔激光器成为流行对于产生高能调Q脉冲时结合耐用和可靠的结晶如Cr4 +：YAG。微片激光器的这些特点对于径向极化发光和调Q脉冲有一定的作用。在过去，对于第一次，我们接收径向偏振脉冲激励直接从Nd：YAG被动调Q激光器的Cr 4+：YAG吸收。详情如下。图1 Nd：YAG微片激光器的实验装置。唯一的增益芯片的后表面与冷却水 图1显示一个被动Q开关Nd：YAG激光器的实验装置。增益介质是0.45。%的掺钕钇铝石榴石和1.9毫米厚的Nd3：YAG陶瓷芯片。其平面的前表面涂覆高发射在808 nm和1064 nm检验总量，而后其平面表面涂覆1064 nm满足检验。该芯片也被夹在两片铜板之间。铜板沿腔轴有2毫米直径的光隧道。铜板上的Nd：YAG微片的后表面连接到20C冷却水中。一个808nmLD纤维耦合一个400m核芯放大率和0.4钠被用作泵浦源。耦合光学系统由8.5毫米焦距的两聚焦透镜用于聚焦泵浦光为400m到前陶瓷增益介质。一个Cr4 +：YAG晶体作为可饱和在表面进行涂层的吸收满足检验消在1064 nm和95%初始传输。一个光子的液晶光栅（PCG）是部署一个耦合器83%重新连径向化与方位高传输极化（这种光栅的细节已被描绘在 9 ）。激光谐振腔的长度为5.5厘米。光栅反射镜和吸收器之间的距离为5毫米。激光功率和光束监测与功率计和CCD摄像机分别和激光输出的时间行为是由一个快速的InGaAs光电二极管，连接到一个500 MHz数字示波器检测。当光栅的中心被定位在腔轴（偏心限约15m），观察到发射了一个高于阈值调Q脉冲的环形光线激光。图2描述了平均功率的脉冲激光作为吸收泵浦功率的函数。阈值泵浦功率，吸收泵浦功率的名字（Pabs），是2.2W。高于阈值，输出功率随着在30.2%的斜坡EF效率的Pabs呈线性增加。最大光光EF效率12%是在Pabs=3.67 W获得。随着Pabs的进一步增加，输出功率开始饱和，然后在Pabs=3.9 W是达到最大值450兆瓦。然而，当吸收的泵浦功率大于3.9W，激光功率开始随之Pabs下降，这是类似于这样的激光的连续振荡发生的情况。这种功率降低在较高的泵浦功率是由于的增益芯片 13,14 的热透镜效应。提供了一些可以改进的地方来减轻热效应，例如，采用水冷却的EF有效增益介质的两面或采用NdYAG微片复合材料和未掺杂的YAG端盖的接合技术13,14，激光器的输出功率可以放大维持高泵浦。 图2。平均激光输出功率的吸收泵浦功率的函数图3显示测得的强度分布在Pabs=3.9 W的横向光束剖面，在远和近场全束剖面，如图。3（a）和3（b），似乎是中空的，炸圈饼形。后放置偏振分析仪在输出耦合器的光路，光束的偏振状态是通过偏振测量光束剖面检查。图3（c）3（F）显示通道的束强度分布相应远场时偏光板的轴在不同的方向旋转。可见，在每个图像的两叶结构是平行于相应的偏振轴，所以局部的偏振方向的每个叶的偏光轴相同，即，平行于环形光束的局部径向。这证明了径向偏振激光输出。需要强调的是，横向轮廓的激光束，没有发现任何可用的泵功率超过阈值的本质的变化；在高的泵功率，不需要在激光腔插入孔径来抑制高次模式振荡。通过一个简单的方法测量了极化纯度。第一个300m孔径被放置到光路中在距离PCG 68厘米处，那里的全光束直径约3.9毫米，比孔的尺寸大得多。泄漏功率通过孔径的横向调整光圈的位置最大化。本文选取光片段近似为线偏振光，和在Pabs=3.9 W时它的偏振消光比（PER）测量为75:1，对应的偏振度 4 97.4%。应该指出的是，PER和偏振度的测量值比实际值少，主要限于如何关闭的光圈直径是一个理想的点。不管怎样，激光发射的径向偏振纯度很高，导致PCG镜偏振的能带结构。 图3（A）-（B）远和近场强度分布全光束剖面；（C）（F）变化的远场光强分布通道的光束通过的偏振轴取向不同的偏振分析仪（白箭头的指向偏光仪的轴线方向）。激光脉冲是稳定的和可重复性。图4显示了在Pabs=3.9 W与8.3 kHz的重复率和脉冲宽度90 ns脉冲包络（FWHM）中捕获的脉冲串。图5绘制测量的重复率和脉冲宽度，以及计算出的峰值功率和脉冲能量，作为Pabs的一个功能。 图4。观察示波器的痕迹（a）激光脉冲序列和（b）在Pabs=3.9 W时的脉冲包络随着泵浦功率的增加，重复率的增加几乎线性，当Pabs=3.9 W在更高的泵后降低到8.3 kHz的最大值；脉冲宽度由106 ns迅速下降达到最低86纳秒在Pabs=4.1 W周围并且在较高的泵浦范围内进一步扩大；峰值功率在Pabs=3.7 W时达到最大值759W，在较高的泵功率范围进一步下降；在Pabs=3.7 W时脉冲能量的增加几乎线性达到最大值65J，然后缓慢下降，然后在较高的泵浦下从65J降到43J。在Pabs=3.7 W，其中输出脉冲有一个759瓦的最大功率和最小的宽度为86 ns，以及一个65J最大脉冲能量，对应的重复率和平均功率分别为6.7kHz和438兆瓦。总之，对第一次径向偏振光和获得脉冲输出直接从被动调QNd：YAG陶瓷微片激光器与一个759瓦的峰值功率和一个86 ns的持续时间在6.7kHz重复率。这种激光系统简单、紧凑，呈现出倾斜EF效率约30.2%，这是与传统的连续波微片激光器相比。将激光器的性能进一步改善，提供的腔参数进行了优化和改进的冷却方案。径向偏振激光脉冲的峰值功率高、持续时间短，利用被动调Q技术在单一芯片腔径向偏振控制方法，对于不同的应用可能是重要的。 图5。重复率，脉冲能量，脉冲宽度，和一个被动Q开关Nd：YAG微片作为峰值功率吸收泵浦功率的函数。高性能的Cr 4+：YAG调Q二极管连续泵浦Nd：YAG激光器1. 简介简化高功率固体激光器的操作，提高他们的工作效率和紧凑，并降低其成本，被动调Q技术可以有效的利用。Cr4+：YAG调Q元件1 （以及一些其他材料）已被开发并用于各种激光介质。Cr4+：YAG大优势是它的可靠性和高损伤阈值，这使得它非常有吸引力的高功率操作。一种高性能的被动调QNd：YAG准连续激光二极管泵浦最近已被证明2 。本文报道了一个工作在1064 nm的连续激光二极管泵浦的Nd：YAG激光器，被动调Q的CR 4+：YAG，生成167J，21ns的脉冲（半高全宽，FWHM）在高达10kHz的重复率。2. 实验过程和结果我们用57毫米的Nd：YAG棒，AR涂层在1064 nm处的一端，而涂层的反射率在1064 nm和808 nm的最大传输在泵端（图一）。泵浦光纤耦合激光二极管阵列（SDL3450-p5）发射的10 W在808 nm处的400m多模光纤，它通过库克三合透镜被耦合到NdYAG。平平腔设置，用Nd：YAG作为后视镜，由于感应热透镜它是稳定的。这热电子效应表征被报道在其他的地方3 。谐振器的长度为90毫米，并且泵浦光斑尺寸被调整以优化连续输出功率。Nd：YAG棒估计是一个wg=0.55M模式半径，在10%的输出耦合透射率得到最大连续功率2.7W。在这些条件下，热透镜焦距30厘米，并发现是m=2.7光束质量。从一个标准的芬德利粘土分析线性损失进行评估的 图1 Nd：YAG激光腔。PL：泵浦激光（光纤耦合，激光二极管阵列）；FO：聚焦光学；LC：激光晶体；BP：光束偏振器；QS：Cr 4+：YAG调Q（AR涂层在1064 nm）；OC：输出耦合器（ROC=，反射率R=85%）。顺序是2%，和系数涉及小信号单程增益g0到吸收泵浦功率Pabs估计为K=g0/Pabs0.07 W（在10%以内的精度）。这些结果在最大泵浦功率测量实验下与最佳耦合的值一致（10%）。然后将Cr4+：YAG样品插入腔。1毫米长的AR在1064 nm的Cr 4+：YAG样品由CASIX公司提供。漂白条件下样品有弱传输T0=86.3%上升到95%。开关的非线性传输波长为1064 nm使用2 kHz的主动调Q二极管泵浦的Nd：YAG激光测试 4 ，它提供70 ns的脉冲，并且M=1和能量上升到350J。直线偏振光的脉冲聚焦到样品（1/e半径在空气中焦距wf60m）和反射和透射脉冲的能量被记录。测量作为入射脉冲的能量密度函数的传输，并利用模型由Koo等人提出了解释。 5 ，其中包括激发态吸收的影响（ESA）和ESA的横截面：Cr 4+：YAG晶体在1064 nm吸收的值a1010-19厘米和e/a0.20被发现，分别与最近报道的测量一致 6 。值得注意的是，在Q-开关操作可饱和吸收体的最大传输没有达成，腔内的能量密度总是比饱和通量较低（1 Jcm）。得到的非偏振激光最大输出能量，工作在输出耦合器的反射率R=85%，频率高达fR=10kHz。167 -J 21 - ns的脉冲产生的是5 %的幅度波动。平均输出功率在最大泵浦功率为1.67W。对这些发生有规律的交替变化的输出脉冲的振幅不稳定性进行了初步解释是由于交织的极化本征模，这是活跃的因为强烈的热致双折射和振荡腔中以几乎相等的概率却有不同振幅。事实上，一个偏振片插入腔（图1）后性能明显改善（外部极化比100:1）。调Q激光的偏振操作结果总结在图2和图3。 图2输出能量和脉冲宽度与泵浦功率 图3重复率随泵浦功率的变化图2显示的输出能量和脉冲宽度与泵浦功率，得到与之前相同的输出耦合器的反射率。图3显示了重复率性能。153J脉冲产生在最大泵浦功率与1%的振幅波动和时间抖动。在这种情况下，平均输出功率为1.56 W。一个单一的示波器跟踪显示脉冲的形状画在图4的报道。脉冲持续时间为21 ns。光滑的时间分布是由于示波器的带宽（500MHz）与激光谐振腔纵模分离1.7 GHz相比。光束的光束质量为M=1.38量化，通过测量刀口扫描的几个位置上的输出耦合器后，提高CW图大概50%。更好的光束质量在被动调Q的操作模式的发现是容易通过平滑空间滤波效应对于漂白的CR 4+：YAG。这也大大降低了模式的区域中的激光介质，从而限制了萃取效率。这种激光的影响被列入Degnan的分析7 ，得到的实验结果和模型之间一致。图4单脉冲调Q用快速数字示波器显示（上升时间1 ns）光电二极管（水平比例尺=10纳秒/分）。用偏振激光配置的最大峰值功率，SHG实验使用的是12毫米长的KTP晶体在532 nm处进行，获得高达780兆瓦，对应于50%的转换效率，与效率倍频理论8 接近。第二谐波光束的质量为m =1.17。这些结果的对于改善预期较低的传输样品和更短的谐振器有重大意义。3. 结论总之，一个高性能的连续二极管泵浦的被动调Q Nd：YAG，产生的纳秒脉冲能量几乎反应不同的有限的质量和高达10 kHz，被报道可以用于许多科学，医学和环境应用。综上，这个版本的Q开关激光拥有具有竞争力的成本并且进一步增加了可靠性。指导教师评语（意见）指导教师签字：年月日工 作 记 录第一周结合自己兴趣，确定毕设课题。联系毕设导师，并主动前去询问相关事项。在毕设导师的指导下，大致了解完成LD侧面抽运ND:YAG陶瓷被动调Q激光器输出特性研究所需的重点培养技能和软件方面的准备。熟悉论文研究内容、具体要求及指标。指导教师指导性建议指导教师签字：年 月 日第二周网上查阅资料，并结合以往关于LD侧面抽运ND:YAG陶瓷被动调Q激光器输出特性研究方向的论文。了解LD侧面抽运ND:YAG陶瓷被动调Q激光器输出特性研究的意义、目的。查阅相关外文文献，同时结合国内文献。