【《三镜折叠腔调Q锁模激光器的设计案例探究》1800字】

三镜折叠腔调Q锁模激光器的设计案例探究目录TOC\o"1-3"\h\u21719三镜折叠腔调Q锁模激光器的设计案例探究 1117121三镜折叠腔激光器 1324671.1折叠腔的设计 1109811.2稳定性 2288672三镜折叠腔调Q锁模激光器 723312.1实验装置 7270492.2实验结果 91三镜折叠腔激光器1.1折叠腔的设计图1.1三镜折叠腔选用镜M1为平面镜，折叠镜M2的曲率半径为R2=500mm，输出镜M3为平面镜，M1与M2的距离为L1，M2与M3的距离为L2，θ为折叠镜M2处的折叠半角。将其等效为直腔，如图所示。图1.2三镜折叠腔等效腔暂不考虑像散的影响，即先按照理想情况计算。按照前面的分析，以M1与M2之间的任意位置z处为参考面，光线在腔内往返一周的变换矩阵如下式：T1以M2与M3之间的任意位置z处为参考面，光线在腔内往返一周的变换矩阵如式(3.2)所示：T11.2稳定性光束传输需要满足稳定性条件-1<(A+D)/2<1，经过计算，(A+D)/2只与L1、L2有关。以L1为X轴，以L2为Y轴，以(A+D)/2为Z轴，作稳区图。图1.3稳区图根据稳区图，在稳区图中选取一组数据，选取L1=62cm，L2=38cm。将L1=62cm、L2=38cm和R2=500mm，代入式（3.1）和（3.2），得到矩阵T1和T2，T1和T2只与位置z有关。将T1中的A1、B1、D1和T2中的A2、B2、D2分别带入下式ω可以得到下面的式子（3.4）和（3.5）ωω其中λ为1064nm，ω1为第一个腔内光斑大小，ω2为第二个腔内光斑大小，ω1、ω2都是关于z的函数。以z为X轴，分别以ω1、ω2为Y轴作图。图1.4第一个腔内光斑大小与z关系图图1.5第二个腔内光斑大小与z关系图整个折叠腔内光斑半径与z的关系图为图1.6腔内光斑半径与z关系图下面考虑像散对输出光斑的影响。将腔的参数代入式（2.1.17）和（2.1.18），得到输出镜上子午面内和弧矢面内的传输矩阵。利用Matlab计算出Tt和Ts，并将At、Bt、Dt和As、Bs、Ds代入式（2.1.20），可以得到输出镜上子午面内和弧矢面内的光斑半径分别为：ωωωt、ωs与折叠角θ的关系如下图：图1.7输出镜子午面和弧矢面与折叠角的关系图根据上图，可以看出折叠角越小，ωt与ωs越接近，在折叠角较小的情况下，有ωt≈ωs。因此，在调整激光器时应尽量使两个腔的夹脚尽量小。

2三镜折叠腔调Q锁模激光器2.1实验装置激光器结构如图：图2.1三镜折叠腔激光结构图根据实验室现有条件，按照理论设计搭建出来了激光器。实验装置如图2.2所示。泵浦光由LOTUXS洛芙科技的半导体激光器产生，泵浦光波长为808nm，经光纤耦到耦合透镜组准直聚焦工作后，在端面抽运Nd：YVO4晶体，实验中对Nd：YVO4晶体采用水冷降温。泵浦光束经平面输入镜M1进入谐振腔内，M1渡808nmAR/1064nmHR膜。折叠镜M2曲率半径500mm，对1064nm光高反，输出镜M3为对1064nm光透过率为20%的平面镜。理论设计时选取的输入镜M1到折叠镜M2的距离L1为62cm，折叠镜M2到输出镜M3的距离为38cm，而在实验过程中，经过一系列微调优化，实际上L1为64cm，L2为42cm。在实验中所用其他仪器还有Tektronix公司生产的型号为MDO3102的示波器，THORLABS公司的功率计，光电接收器，感光片。实物图：图2.2三镜折叠腔实物图图2.3泵浦光源图2.4功率计与光电转换器图2.5示波器与光电探头图2.6感光片2.2实验结果在实验室成功搭建出三镜折叠腔激光器并出光，激光照射在感光片上的图像如图2.7所示，激光光谱如图2.8所示。图2.7输出激光照射在感光片上图2.8输出激光光谱后先测量了三镜折叠腔激光器的泵浦功率与输出功率的关系，记录数据如表2.1所示，绘制了输出功率随泵浦功率变化的关系如图2.9所示；从图中可以看出，输出功率随泵浦功率近似线性增长；输在出镜透过率为20%的情况下，激光器的阈值功率为1.7W，激光器输出功率与泵浦功率之间的斜效率约为61.4%；表2.1三镜折叠腔激光器泵浦功率与输出功率泵浦功率/W输出功率/mW2.010.02.111.32.221.42.327.12.433.42.539.22.646.62.753.32.859.92.967.23.071.03.181.43.288.23.392.73.4102.13.5109.33.6109.03.7116.73.8123.03.9129.41.0132.7图2.9三镜折叠腔激光器输出功率随泵浦功率变化把PtS2放在靠近输出镜的位置，进行了调Q锁模实验。泵浦功率与输出功率的数据如表2.2所示，并绘制了输出功率随泵浦功率变化的关系如图2.10所示。从图中可以看出，输出功率随泵浦功率近似线性增长；在输出镜透过率为20%的情况下，激光器的阈值功率为2.5W，激光器输出功率与泵浦功率之间的斜效率大约为41.8%。表2.2调Q锁模时泵浦功率与输出功率泵浦功率/W输出功率/mW2.62.52.78.82.812.82.916.93.020.93.122.03.229.83.333.53.438.03.542.93.642.73.748.03.852.73.956.41.061.11.167.01.271.21.372.51.480.41.581.81.689.5图2.10三镜折叠腔调Q锁模激光器输出功率随泵浦功率变化实验中还记录了不同泵浦功率对应的激光调Q锁模输出波形，在低泵浦功率下波形是调Q波形，然后在大约泵浦功率为3.4W时变成调Q锁模波形。图2.11和图2.12是泵浦功