【摘 要】
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激光二极管抽运Tm3+掺杂晶体产生的2μm激光器由于其结构简单,效率高,被广泛应用于中红外激光领域。在脉冲单纵模激光器实现方案中,预激光+法布里-珀罗（F-P）标准具混合方式具有调Q开关电压低、系统结构简单、价格较低,高重频易实现、与外部信号的同步可主动控制等优势。本文基于预激光技术,配合F-P标准具技术实现了Tm:YAG激光器2μm调Q脉冲单纵模激光输出,主要研究内容如下:理论上,基于Tm:YA
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激光二极管抽运Tm3+掺杂晶体产生的2μm激光器由于其结构简单,效率高,被广泛应用于中红外激光领域。在脉冲单纵模激光器实现方案中,预激光+法布里-珀罗（F-P）标准具混合方式具有调Q开关电压低、系统结构简单、价格较低,高重频易实现、与外部信号的同步可主动控制等优势。本文基于预激光技术,配合F-P标准具技术实现了Tm:YAG激光器2μm调Q脉冲单纵模激光输出,主要研究内容如下:理论上,基于Tm:YAG连续激光器速率方程和Tm:YAG声光调Q激光器速率方程,确定晶体最佳掺杂浓度和长度,并模拟得到Tm:YAG连续、声光调Q激光器输出特性。在此基础上,首次建立基于预激光理论的Tm:YAG调Q激光器速率方程模型,分析工作物质上能级反转粒子数及腔内振荡光子数随时间的变化规律。为达到预激光技术的效果,模拟并确定插入法布里-珀罗（F-P）标准具的参数信息,并将带有标准具角度及厚度的损耗公式带入激光器增益循环公式,最终求得预激光技术下单纵模建立与输出时间。基于LD抽运双端键合Tm:YAG晶体热模型,模拟得到晶体内部温度分布及晶体热透镜焦距范围。在此基础上设计了光学、热学稳定性好的激光谐振腔,为后续实验的开展奠定基础。实验上,先后开展了LD端面抽运Tm:YAG连续激光器实验研究、LD端面抽运Tm:YAG声光调Q激光器实验研究、LD端面抽运预激光Tm:YAG声光调Q激光器实验研究、LD端面抽运预激光Tm:YAG声光调Q单纵模脉冲激光器实验研究。探索出激光器输出调Q脉冲的幅值、宽度以及线宽等参数随Q开关上第二台阶信号的幅值Ub及其持续时间bT的变化规律。最终,在抽运功率12.84W,调Q重频100Hz时,实现了单脉冲能量为3.52m J、脉宽为184.01ns的单纵模激光输出,中心波长为2013.6nm,光束质量为Mx2=.109,My2=1.03。
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