【摘 要】
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随着科学技术的发展,激光器俨然已经成为了我们认识和改变世界的重要工具,在激光加工、生物医疗、军事科研等各个领域都有广泛的应用。被动调Q激光器由于峰值功率高、热效应低、结构紧凑、成本低廉的特点而备受欢迎。Cr:YAG晶体由于其高稳定性、高损伤阈值、使用简单的特点是获得窄脉宽高能量调Q激光器的理想Q开关。随着不断的研究,纳米材料走进了科研工作者的视野如碳纳米管、石墨炔、石墨烯、金属硫化物等。这些材料制
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随着科学技术的发展,激光器俨然已经成为了我们认识和改变世界的重要工具,在激光加工、生物医疗、军事科研等各个领域都有广泛的应用。被动调Q激光器由于峰值功率高、热效应低、结构紧凑、成本低廉的特点而备受欢迎。Cr:YAG晶体由于其高稳定性、高损伤阈值、使用简单的特点是获得窄脉宽高能量调Q激光器的理想Q开关。随着不断的研究,纳米材料走进了科研工作者的视野如碳纳米管、石墨炔、石墨烯、金属硫化物等。这些材料制备简单,成本更加低廉,具有非线性光学响应,也是获得高性能被动调Q激光器的不错的Q开关。同时不同的应用场景对波长有不同的要求,利用非线性光学,对激光基频光进行频率变换是获得不同波长一直是切实可行的方法。本文研究了Cr:YAG晶体的物理和光学性质,将其作为Q开关应用到固体激光器中获得窄脉宽高能量的脉冲激光输出,并对其进行了倍频和三倍频的研究。将碳纳米管和石墨炔纳米材料作为Q开关应用到固体激光器中也获得了不错的脉冲激光输出。本文具体内容如下:1.首先介绍了Cr:YAG晶体的物理和光学性质,结合被动调Q速率方程模拟了腔内光子数密度的变化规律,推导出影响Cr:YAG晶体被动调Q输出激光特性的因素,并进行了数值模拟。分析了激光谐振腔长、输出镜反射率以及Cr:YAG晶体初始透过率对输出脉冲参数的影响。输出激光的脉冲宽度与谐振腔的腔长呈正相关,与输出镜反射率呈负相关,与Cr:YAG晶体初始透过率呈正相关;输出激光的单脉冲能量不随激光谐振腔的腔长变化而变化,随输出镜反射率的增加先增大后减小,与Cr:YAG晶体的初始透过率呈负相关;输出激光的峰值功率与激光谐振腔腔长呈负相关,随输出镜反射率的增加先增大后减小,但其最大值所对应的反射率与单脉冲能量最大值所对应的反射率不同,与Cr:YAG晶体初始透过率呈负相关。2.对数值模拟分析结果进行实验研究,经过几组对照实验发现实验结果与理论相符合。并根据实验结论搭建了短脉宽高能量Cr:YAG分离晶体被动调Q激光器,获得了脉冲宽度为1.59ns,单脉冲能量为521μJ、峰值功率为334KW的激光输出。为了获得亚纳秒脉冲激光,对Nd:YAG/Cr:YAG键合晶体进行实验研究,获得了脉冲宽度为541ps,单脉冲能量为186μJ的激光输出。3.从非线性极化引入,分析了稳态耦合波动方程引出了倍频光的转换效率以及相位匹配技术,对键合晶体被动调Q激光器进行了倍频的实验获得能量为30μJ,脉冲宽度为273ps的倍频脉冲激光输出,随后进行三倍频实验,获得能量为2.13μJ的三倍频脉冲激光。4.利用碳纳米管以及石墨炔作为可饱和吸收体材料,将碳纳米管SA插入到Nd:YVO4固体激光器中,获得了平均输出功率为224m W,脉冲宽度397ns、重复频率768KHz的脉冲激光输出。将石墨炔SA插入到Nd:YVO4固体激光器中,获得了平均输出功率340mw,脉冲宽度1.31μs、重复频率165KHz的脉冲激光输出。5.对全文进行总结,并分析实验技术方案的不足,提出改进方案。
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