高重频电光调Q激光器热效应补偿研究与实验

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二极管泵浦高重频电光调Q激光器具有窄脉宽,高峰值功率,高转换效率等优点,在工业高速加工、高速摄影、高速三维数据采集,光通讯、激光遥测、激光雷达、光谱分析等领域有着非常广泛的应用前景。   本文围绕如何实现大能量,高重频输出这一问题,对增益晶体的热透镜效应及热致双折射效应的补偿方法展开研究与实验,对硅酸镓镧LGS电光晶体的调Q性能进行实验研究。文章主要工作内容:   1.从速率方程理论出发,分析LD侧面连续泵浦Nd:YAG电光调Q形成高重复频率激光的过程;推导了调Q激光器的输出特性以及重复频率激光器的峰值功率与最大连续功率之比、平均功率与最大连续输出功率之比、脉宽与归一化重复频率的关系。   2.分析了多种电光晶体的优缺点以及应用;针对人们一直认为的LGS晶体旋光性和电光效应的交互作用造成其关断效果不佳,不适于退压调Q使用的说法,采用传输矩阵从理论上分析了LGS晶体在不同调Q电压和不同角度(电极方向即晶体x轴方向与起偏器偏振方向所成夹角)下,电光Q开关的关断性能,从理论上推导出了一组适用于退压调Q结构,具有能够完全关断的Q晶体电压和角度值,并通过实验验证,为LGS在退压调Q实验的应用提供重要依据。   3.分析了热效应对LD侧面泵浦激光器输出性能的影响,类比了热退偏和热透镜的多种补偿方式。分析加1/4波片法补偿热退偏效应的可行性,并在实验中获得验证,采用LD侧面连续泵浦方式,加1/4波片补偿热退偏方法完成一台电光调Q全固态激光器,经波片补偿后输出功率大小提高近90%。   4.利用热稳腔法和He-Ne直接测量法分别得到了增益晶体和电光晶体在不同注入功率下的热焦距,分析了谐振腔在高功率运行时的动态特性,设计了一个能够稳定工作于更宽泵浦电流范围内的谐振腔。   5.本文还研究一种可以通过改变Nd:YAG棒状晶体的切割方向来减小热退偏的方法,通过理论和实验论证了Nd:YAG晶体在[110]方向切割相比在[111]方向切割,其退偏率要减小10%左右,为我们实现大功率高重频激光器提供了新的思路。
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