25kHz、约2ns声光调QNd∶YVO4激光器研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（１．西南技术物理研究所，成都 ６１００４１；２．北京理工大室，北京 １０００８１）
摘要：为了获得高重频窄脉冲高光束质量激光输出，采用 ＬＤ抽运 Ｎｄ∶ＹＶＯ４晶体声光调 Ｑ方案，进行了相关理论分 析和实验验证，振荡级获得了重频 ２５ｋＨｚ、单脉冲能量 ２２．４μＪ、脉冲宽度 ２．１９ｎｓ、光束质量因子 Ｍ２ ＜１．２的种子激光，光 光转换效率为 ２４．３％；放大级获得了重频 ２５ｋＨｚ、单脉冲能量 ５８５μＪ、脉冲宽度 ２．２６ｎｓ、光束质量因子 Ｍ２ ＜１．７的激光输 出，提取效率为 １５．６％。结果表明，采用 ＬＤ抽运 Ｎｄ∶ＹＶＯ４晶体声光调 Ｑ方案能够获得高重频、窄脉冲、高光束质量激 光输出，其实验现象与理论计算结果较为符合。
关键词：激光器；高重频；窄脉冲；声光调 Ｑ 中图分类号：ＴＮ２４８．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０７５１０／ｊｇｊｓｉｓｓｎ１００１３８０６２０１８０１００７
ＳｔｕｄｙｏｎａｎａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌＱｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄ∶ＹＶＯ４ｌａｓｅｒｗｉｔｈ２５ｋＨｚ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄａｂｏｕｔ２ｎｓｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｓ；ｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ；ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅ；ａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙＱｓｗｉｔｃｈｅｄ
引 言
目前，基 于 盖 革 模 式 雪 崩 光 电 二 极 管 （Ｇｅｉｇｅｒ ｍｏｄｅａｖａｌａｎｃｈｅｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ，ＧＭＡＰＤ）面 阵 探 测 器 组 件的非扫描式激光主动成像雷达是国际公认的最具发 展潜力的 ３维成像探测技术［１］。由于激光主动成像雷 达要求具有高的距离分辨率，而成像雷达的测距定时 电路集成于 ＡＰＤ面阵探测器组件内，受电路集成度影 响，要求照射激光脉冲具有窄的脉冲宽度；同时，基于 ＧＭＡＰＤ面阵探测器的非扫描式激光主动成像雷达要 求多脉冲累计成像探测，因此需要具有高重频、窄脉冲
ＬＩＹａｎｌｉｎｇ１，ＪＩＡＫａｉ１，ＧＵＸｉａｎｓｏｎｇ２，ＧＵＯＪｉａｗｅｉ１，ＧＡＯＨｅｎｇ１，ＷＡＮＧＸｉａ２
（１．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｈｏｔｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｍａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ，ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｂｅａｍ ｑｕａｌｉｔｙ，ａＬＤ ｐｕｍｐｅｄａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙＱｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄ∶ＹＶＯ４ ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｌａｓｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｅｔｕｐ．Ｉｎｔｈｅｌａｓｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｓｅｅｄ ｌａｓｅｒｗｉｔｈａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｅａｍ ｑｕａｌｉｔｙｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍ ｔｈｅｍａｓｔｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｅｅｄｌａｓｅｒａｒｅ２５ｋＨｚ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ，２２．４μＪｐｕｌｓｅｅｎｅｒｇｙ，２．１９ｎｓｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎ，２４．３％ ｏｐｔｉｃａｌｔｏｏｐｔｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄＭ２ ＜１．２．Ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔｌａｓｅｒｆｒｏｍｔｈｅｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｓｗｉｔｈ２５ｋＨｚｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ，５８５μＪｐｕｌｓｅｅｎｅｒｇｙ，２．２６ｎｓｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎ，１５．６％ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄＭ２ ＜１．７．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ，ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｂｅａｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｕｌｄｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙＬＤ ｐｕｍｐｅｄａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙＱｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄ∶ＹＶＯ４ ｌａｓｅｒｓａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｌｍｏｓｔｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．
作者简介：李燕凌（１９８１），男，硕士，高级工程师，现主要 从事高重频固体激光器的研究。
通讯联系人。Ｅｍａｉｌ：ｅｍｐｅｒｏｒｇｘｓ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 收稿日期：２０１７０３０９；收到修改稿日期：２０１７０４０１
输出特性的激光光源［２３］。由于 Ｎｄ∶ＹＶＯ４ 晶体具有较 短的荧光寿命及较大的受激发射截面，因此特别适合 作为高重频、窄脉冲固体激光器的增益介质。
第 ４２卷 第 １期 ２０１８年 １月
激 光 技 术 ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１８
文章编号：１００１３８０６（２０１８）０１００３４０５
２５ｋＨｚ、约 ２ｎｓ声光调 ＱＮｄ∶ＹＶＯ４ 激光器研究
李燕凌１，贾 凯１，顾宪松２ ，郭嘉伟１，高 恒１，王 霞２
国内外在高重频、窄脉冲、调 Ｑ固体激光器领域 已 经 开 展 了 大 量 研 究 。 ［４１５］ 其 中，ＺＡＹＨＯＷＳＫＩ和 ＤＩＬＬ等人于 １９９２年利用电光调 Ｑ实现了重频 ５ｋＨｚ、 脉宽 ２７０ｐｓ、单 脉 冲 能 量 ６．８５μＪ激 光 输 出［４］。１９９３ 年，ＰＬＡＥＳＳＭＡＮＮ和 ＹＡＭＡＤＡ等人采用总长为 ７ｍｍ 的谐振腔、３．２ｍｍ厚的 ＴｅＯ２ 声光开关用于实现高重 频、窄脉冲 激 光 脉 冲 输 出［５］。２００３年，美 国 林 肯 实 验 室基于被动调 Ｑ微片固体激光器成功开发了激光主 动成像系统用的三代高重频、窄脉冲激光器，其输出激 光指标为数千赫瓦、单脉冲能量数十微粒、脉冲宽度为 亚纳秒量级［６］。２０１６年，中国科学院西安光学精密机 械研究所 ＷＡＮＧ等人报道了 ＬＤ端面抽运 Ｎｄ∶ＹＶＯ４ 晶体 ＲｂＴｉＯＰＯ４（ＲＴＰ）电光调 Ｑ激光器，在重复频率
摘要：为了获得高重频窄脉冲高光束质量激光输出，采用 ＬＤ抽运 Ｎｄ∶ＹＶＯ４晶体声光调 Ｑ方案，进行了相关理论分 析和实验验证，振荡级获得了重频 ２５ｋＨｚ、单脉冲能量 ２２．４μＪ、脉冲宽度 ２．１９ｎｓ、光束质量因子 Ｍ２ ＜１．２的种子激光，光 光转换效率为 ２４．３％；放大级获得了重频 ２５ｋＨｚ、单脉冲能量 ５８５μＪ、脉冲宽度 ２．２６ｎｓ、光束质量因子 Ｍ２ ＜１．７的激光输 出，提取效率为 １５．６％。结果表明，采用 ＬＤ抽运 Ｎｄ∶ＹＶＯ４晶体声光调 Ｑ方案能够获得高重频、窄脉冲、高光束质量激 光输出，其实验现象与理论计算结果较为符合。
关键词：激光器；高重频；窄脉冲；声光调 Ｑ 中图分类号：ＴＮ２４８．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０７５１０／ｊｇｊｓｉｓｓｎ１００１３８０６２０１８０１００７
ＳｔｕｄｙｏｎａｎａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌＱｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄ∶ＹＶＯ４ｌａｓｅｒｗｉｔｈ２５ｋＨｚ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄａｂｏｕｔ２ｎｓｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｓ；ｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ；ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅ；ａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙＱｓｗｉｔｃｈｅｄ
引 言
目前，基 于 盖 革 模 式 雪 崩 光 电 二 极 管 （Ｇｅｉｇｅｒ ｍｏｄｅａｖａｌａｎｃｈｅｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ，ＧＭＡＰＤ）面 阵 探 测 器 组 件的非扫描式激光主动成像雷达是国际公认的最具发 展潜力的 ３维成像探测技术［１］。由于激光主动成像雷 达要求具有高的距离分辨率，而成像雷达的测距定时 电路集成于 ＡＰＤ面阵探测器组件内，受电路集成度影 响，要求照射激光脉冲具有窄的脉冲宽度；同时，基于 ＧＭＡＰＤ面阵探测器的非扫描式激光主动成像雷达要 求多脉冲累计成像探测，因此需要具有高重频、窄脉冲
ＬＩＹａｎｌｉｎｇ１，ＪＩＡＫａｉ１，ＧＵＸｉａｎｓｏｎｇ２，ＧＵＯＪｉａｗｅｉ１，ＧＡＯＨｅｎｇ１，ＷＡＮＧＸｉａ２
（１．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｈｏｔｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｍａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ，ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｂｅａｍ ｑｕａｌｉｔｙ，ａＬＤ ｐｕｍｐｅｄａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙＱｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄ∶ＹＶＯ４ ｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｌａｓｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｅｔｕｐ．Ｉｎｔｈｅｌａｓｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｓｅｅｄ ｌａｓｅｒｗｉｔｈａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｅａｍ ｑｕａｌｉｔｙｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍ ｔｈｅｍａｓｔｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｅｅｄｌａｓｅｒａｒｅ２５ｋＨｚ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ，２２．４μＪｐｕｌｓｅｅｎｅｒｇｙ，２．１９ｎｓｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎ，２４．３％ ｏｐｔｉｃａｌｔｏｏｐｔｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄＭ２ ＜１．２．Ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔｌａｓｅｒｆｒｏｍｔｈｅｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｓｗｉｔｈ２５ｋＨｚｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ，５８５μＪｐｕｌｓｅｅｎｅｒｇｙ，２．２６ｎｓｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎ，１５．６％ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄＭ２ ＜１．７．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ，ｓｈｏｒｔｐｕｌｓｅｄｕｒａｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｂｅａｍ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｕｌｄｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｂｙＬＤ ｐｕｍｐｅｄａｃｏｕｓｔｏｏｐｔｉｃａｌｌｙＱｓｗｉｔｃｈｅｄＮｄ∶ＹＶＯ４ ｌａｓｅｒｓａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｌｍｏｓｔｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．
作者简介：李燕凌（１９８１），男，硕士，高级工程师，现主要 从事高重频固体激光器的研究。
通讯联系人。Ｅｍａｉｌ：ｅｍｐｅｒｏｒｇｘｓ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 收稿日期：２０１７０３０９；收到修改稿日期：２０１７０４０１
输出特性的激光光源［２３］。由于 Ｎｄ∶ＹＶＯ４ 晶体具有较 短的荧光寿命及较大的受激发射截面，因此特别适合 作为高重频、窄脉冲固体激光器的增益介质。
第 ４２卷 第 １期 ２０１８年 １月
激 光 技 术 ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１８
文章编号：１００１３８０６（２０１８）０１００３４０５
２５ｋＨｚ、约 ２ｎｓ声光调 ＱＮｄ∶ＹＶＯ４ 激光器研究
李燕凌１，贾 凯１，顾宪松２ ，郭嘉伟１，高 恒１，王 霞２
国内外在高重频、窄脉冲、调 Ｑ固体激光器领域 已 经 开 展 了 大 量 研 究 。 ［４１５］ 其 中，ＺＡＹＨＯＷＳＫＩ和 ＤＩＬＬ等人于 １９９２年利用电光调 Ｑ实现了重频 ５ｋＨｚ、 脉宽 ２７０ｐｓ、单 脉 冲 能 量 ６．８５μＪ激 光 输 出［４］。１９９３ 年，ＰＬＡＥＳＳＭＡＮＮ和 ＹＡＭＡＤＡ等人采用总长为 ７ｍｍ 的谐振腔、３．２ｍｍ厚的 ＴｅＯ２ 声光开关用于实现高重 频、窄脉冲 激 光 脉 冲 输 出［５］。２００３年，美 国 林 肯 实 验 室基于被动调 Ｑ微片固体激光器成功开发了激光主 动成像系统用的三代高重频、窄脉冲激光器，其输出激 光指标为数千赫瓦、单脉冲能量数十微粒、脉冲宽度为 亚纳秒量级［６］。２０１６年，中国科学院西安光学精密机 械研究所 ＷＡＮＧ等人报道了 ＬＤ端面抽运 Ｎｄ∶ＹＶＯ４ 晶体 ＲｂＴｉＯＰＯ４（ＲＴＰ）电光调 Ｑ激光器，在重复频率