基于同一调Q晶压的双波长交替输出激光器研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianxiuli_ok
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双波长激光在激光通讯、激光测距、差分吸收雷达等领域有着广泛的应用背景。目前,双波长激光的产生主要集中在两个波长同时输出为主。然而,两个波长激光在时间域上并不能达到分离的效果,这一缺点极大地限制了双波长激光在激光医疗、激光光谱等领域的应用。同时,双波长激光交替输出技术可以在激光溶脂领域中得到充分利用。例如,1064 nm波段的激光可以用于更大范围的破坏脂肪组织,而1320 nm波段的激光可以起到吸收作用点附近组织的效果,且两个波段的激光交替输出,可以产生更高的脂肪分解效率,以达到最佳溶脂效果。此外,Nd:YAG晶体具有阈值低、效率高的优点,是产生1319 nm和1064 nm波段首选的激光增益介质。本论文主要通过理论和实验两方面对基于同一调Q晶压下实现1319 nm和1064 nm双波长脉冲激光交替输出现象进行研究和讨论。理论方面:基于Nd:YAG增益介质四能级模型,对Nd:YAG晶体获得1319 nm和1064 nm激光输出的原理及其物化特性进行分析。同时,对基于同一调Q晶压下谐振腔内加压与退压模式分别进行讨论。根据双波长电光调Q理论建立同一调Q晶压的双波长交替输出速率方程。依据RTP电光调Q晶体对应1319 nm和1064 nm的λ/4电压值、各谐振腔内损耗和增益的对比以及交替输出时序关系,利用Matlab仿真软件对双波长激光间隔200μs交替输出的现象和输出特性趋势进行模拟。除此之外,通过侧面泵浦热透镜焦距公式,得到在一定的总耗散功率下晶体的热透镜焦距变化趋势。最后,结合ABCD矩阵模拟了1319 nm直腔和1064 nm折叠腔的稳区范围,为后续实验环节提供理论依据。实验方面:在理论和实验设计的基础上,分别开展了同一调Q晶压下1319 nm和1064 nm单波长激光输出和基于同一调Q晶压的双波长交替输出实验验证。在重复频率、同一调Q晶压分别为5 Hz和1000 V的情况下,实现了1319 nm和1064 nm双波长激光间隔200μs交替输出。其输出特性为:在1319 nm和1064 nm的最大泵浦电流分别为90 A和70 A时,1319 nm的单脉冲能量为42.37 m J,脉冲宽度为15.88ns,1064 nm的单脉冲能量为43.60 m J,脉冲宽度为14.58 ns,双波长激光的单脉冲能量稳定性分别为4.2%和3.6%。通过实验结果,证明了同一调Q晶压对双波长激光进行交替调Q以实现双波长激光交替输出的可行性。
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