氙灯泵浦电光调Q固体激光器输出脉冲包络特征的分析
LD泵浦全国固态调Q激光特性理论与实验研究的开题报告
LD泵浦全国固态调Q激光特性理论与实验研究的开题报告一、研究背景及意义全固态激光器是利用固态材料中嵌入稀土离子而形成放射性能量的激光器，具有低噪声、高功率、长寿命、紧凑型等优势，是目前激光技术发展的重要方向之一。
调Q激光技术是全固态激光器发展的一个重要分支，在激光加工、医学、军事等领域有着广泛的应用。
调Q激光器具有超短脉冲、高峰值功率、高重复频率等特点，可以用于二次谐波生成、时间分辨光谱、微加工等领域。
LD泵浦全国固态调Q激光特性理论与实验研究的目的在于深入了解全固态调Q激光器的工作原理、特性以及对其进行实验研究，为调Q激光技术的进一步发展提供理论和实验基础。
二、研究内容1. 调Q激光技术的基本原理与发展历程的概述2. 如何利用激光二极管(LD)泵浦全固态调Q激光器：波长选择、荧光寿命匹配等原理和参数的优化3. 实验室制备全固态调Q激光器的关键技术：固态激光器材料的选择、样品制备等4. 调Q腔设计原理及其对激光特性的影响的模拟和实验验证5. 荧光补偿技术、温控技术等对激光器性能影响的讨论6. 利用全固态调Q激光进行微加工及二次谐波生成的实验研究三、预期成果1. 掌握全固态调Q激光的工作原理和特性2. 理论模拟和实验研究调Q激光的调Q腔设计对激光特性影响的关键技术3. 利用调Q激光进行二次谐波生成和微加工的实验研究4. 为全固态调Q激光技术的发展提供理论和实验基础。
四、研究方案1. 文献调研及理论分析：深入了解调Q激光技术的原理和发展过程，探讨LD泵浦全固态调Q激光器的关键技术及其应用领域。
2. 全固态调Q激光器实验制备与测试：根据理论分析，制备全固态调Q激光器样品，并对样品进行性能测试，研究调Q激光器的特性。
3. 模拟与实验验证：对全固态调Q激光的调Q腔设计原理进行理论分析和数值模拟，通过实验验证获得调Q腔的优化方案。
4. 实验研究调Q激光进行微加工及二次谐波生成的应用：利用全固态调Q激光的超短脉冲和高峰值功率进行二次谐波生成以及微加工应用的实验验证。
实验十 灯泵浦电光调Q脉冲固体激光器激光测距实验
实验十 灯泵浦电光调Q 脉冲固体激光器激光测距实验 实验原理脉冲法测距是激光技术在测绘领域中的最早应用。
由于激光的发散角小，激光脉冲持续时间极短，瞬时功率极大(可达千瓦以上甚至兆瓦)，因而可以达到极远的测程。
脉肿激光测距多数情况下不使用合作目标，而是利用被测目的物对脉冲激光的漫反射获得反射信号来测距。
目前，脉冲激光测距在地形测量、工程测量、云层和飞机高度测量、战术前沿测距、导弹运行轨道跟踪、人造地球卫星测距、地球与月球间距离的测量等方面已得到广泛的应用。
图10-1 激光测距原理示意图脉冲法测距的工作原理与普通脉冲式雷达相同，是通过测定脉冲光波在测线上往返所经历的时间，按下面公式求出距离值：L=Ct/2 （10.1）式中：L 是待测距离；C 是光速；t 是光脉冲在测线上往返传输所需时间。
光电探测器1.1 光电二极管的基本介绍在诸多光子探测器件中，占据主导地位的是高性能半导体光电二极管，这类器件主要有PIN 型光电二极管和雪崩光电二极管(avalanche photo-diode, APD)。
光电二极管的工作原理是：利用高纯硅中掺杂浓度很低和十分敏感的感光效应，当光照射其表面时产生载流子(一般是多数载流子)，在较长的时间内存在激光测距仪激光雷达自由状态，产生电导性，并在半导体表面及内部发生横向迁移，由此形成光－电转换。
APD是一种具有增益能力的探测器，具有很高的灵敏度。
在pn型光电二极管的pn层中插入一个高阻抗层材料就形成了PIN型光电二极管。
这种结构的特点是耗尽层极宽，结电容小，因此响应速度比pn型光电二极管快的多。
PIN型光电二极管可用于光电开关，瞬变光接收器件。
光电二极管的主要工作材料为Si，InGaAs等。
目前以InGaAs制作的PIN型与APD已作为高灵敏度、高响应度的光电探测器在光纤通信、光纤传感等领域广泛应用，并占据了主导地位。
其脉冲响应频率可达到GHz以上。
典型的频率响应曲线如图10-2所示。
Nd:YAG电光调Q泵浦固体激光器输出特性研究
Nd：YAG电光调Q泵浦固体激光器输出特性研究张科;李兰兰;孙春艳;余海军【摘要】本文以Nd:YAG电光调Q泵浦固体激光器为基础,采用电光调Q技术,研究了不同泵浦电压情况下的Nd:YAG电光调Q泵浦固体激光器输出的单次脉冲能量、脉冲宽度的变化特性,得到了不同泵浦电压下的单次脉冲能量、脉冲宽度的特性曲线.研究结果表明,泵浦电压的改变能更好地调节激光器的脉冲输出特性,对于Nd:YAG电光调Q泵浦固体激光器的灵活应用具有重要的意义.【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2017(000)024【总页数】3页(P112-114)【关键词】YAG电光调Q泵;输出特性;试验【作者】张科;李兰兰;孙春艳;余海军【作者单位】淮南师范学院电子工程学院,安徽淮南 232038;淮南师范学院电子工程学院,安徽淮南 232038;淮南师范学院电子工程学院,安徽淮南 232038;淮南师范学院电子工程学院,安徽淮南 232038【正文语种】中文【中图分类】TN248本实验采用的Nd:Y A G调Q泵浦固体激光器输出的基频光的波长为1064 n m，其内部结构如图1所示。
在实验上为了调节各个光学器件同光轴，我们采用了He-Ne激光器：①作为准直光源，其输出波长为632.8 n m。
He-Ne激光器输出的光束经过小孔光阑②之后，入射到全反射镜③上（对1064 n m反射率R =99 .8 %）。
④为电光调Q晶体，⑤为偏振片，⑥为Nd:Y A G调Q泵浦固体激光器的聚光腔部分，主要包括激光棒、氙灯、激励电源、冷却系统，⑦为激光腔镜的输出镜，⑧为非线性K T P倍频晶体，实验上可以实现532 n m激光的输出，⑨为分光镜，可以实现基频光和倍频光分光 ,从而输出不同波长的光脉冲。
实验上采用高分辨率、高响应度的硅光二极管能量探测器（分辨率为10 μJ，响应时间≤0.5 ms）。
在室温稳定在20℃左右，全暗光的情况下对Nd：Y A G调Q 泵浦固体激光器（脉冲氙灯泵浦重复频率1次/s的）的单次脉冲输出能量随时间的变化关系进行了测量。
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究【实验目的】1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。
2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。
3、测定激光器输出光束的发散角。
【实验原理】一. 固体激光器的基本结构和工作原理激光，其英文为Laser ，全名为Light amplification by stimulated emission of radiation ，全名译为辐射的受激发光放大。
这很好地概括了激光产生的机制。
激光器就是根据激光产生的机制而设计的。
它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。
实验所用YAG 激光器的结构如图6-1-1所示。
1、工作物质要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布，并且需要满足一定的条件。
2、泵浦系统本实验中所用YAG 激光器的光泵系统由聚光腔、脉冲氙灯和它的供电系统以及触发器组成。
直流电源给储能电容充电到数百伏，并加到氙灯的两极，这时氙灯不发光。
触发器接通后，立即发出一个一万多伏的电脉冲使氙灯导通，这时储能电容通过氙灯放电，氙灯发出强烈的闪光。
此光激活工作物质，处于基态的粒子向高能级跃迁，比如跃迁到234F 能级上。
在此能级上的粒子寿命较长，故称为亚稳态。
由于光泵系统的不断泵浦，泵浦到一定程度时，激发到高能级上的粒子数比在它下面的能级上的粒子数还多了，实现了粒子数的反转。
当粒子跳回低能级上时发光。
3、光学谐振腔为了满足产生激光的阈值条件，即要使光在谐振腔中来回一次在激活介质中所获得的增益足以补充由各种因素所导致的光的损耗。
在忽略介质内部损耗的情况下，阈值条件为1221 l e r r G (6-1-2)式中：21,r r 一谐振腔两端反射镜的反射率（包括反射镜的吸收，透射和衍射损失）；l —激活介质的长度；G —激活介质的增益系数，定义为：()dzz I z dI v G v v .)()(=(6-1-3)二．YAG 激光器输出特性1、输出特性曲线输出特性曲线是指激光器的输出能量与输入能量之间的关系曲线。
LD泵浦全固态调Q激光特性及脉宽控制的理论与实验研究
山东大学硕士学位论文LD泵浦全固态调Q激光特性及脉宽控制的理论与实验研究姓名：张海鹍申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：赵圣之20070910活介质内的位置，在重复频率等于５ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ时分别测量脉宽和平均输出功率随泵浦光束腰到激活介质泵浦端的距离ｚ的变化，如图２．９～２．１０中的点所示。
当ｚ大于２．Ｏｍｍ时无激光输出。
从图２．９～２．１０可见，改变ｚ能使脉宽和平均输出功率随之发牛变化，并且存在一个最佳位置，即当ｚ等于Ｏ．８ｍｍ时，测得平均输出功率最大，而脉宽最小。
图２．１ｌ中的实线给出了泵浦功率为１．３Ｗ、ｚＧ为Ｏ．８ｃｍ、Ｚ为０．８ｍｍ、重复频率等于４０ｌ‘Ｈｚ时示波器所记录的脉宽为１６０．４ｎｓ的脉冲波形。
然后保持ｚ等于Ｏ．８ｍｍ不变，并将泵浦功率固定为ｔ．８Ｗ。
使声光调制器在激光腔的直臂内沿轴向移动，在不同的重复频率下，脉宽和平均输出功率随ｚＧ的变化如图２．１２～２．１３中的点所示，ｚＧ的调节范围从１．ｏｃｍ到４．５ｃｍ。
从图２．１２～２．１３可见，改变ＺＧ能使脉宽和平均输出功率随之发生变化。
声光调制器越靠近输出镜Ｍ２，得到的脉冲宽度越小，平均输出功率越高。
当重复频率分别为４０ｋＨｚ和５Ｉ【Ｈｚ时，脉宽的变化范围分别为９６ｎｓ～２３９ｆｌｓ和４８ｎｓ～６９１１ｓ，这表明重复频率越高，脉宽可调范围越大。
２．２．２理论处理２—２．２１腔内光子数密度的空间分布如果激光运行在基横模状态，腔内光予数密度巾（ｒ，ｔ）可写为刖硼，）叫一引Ｑ思Ｄ考虑腔内光子数密度沿激光谐振腔的纵向分布，在激活介质、声光调制器和腔镜Ｍ２三处的光予数密度巾ｇ（ｒ，ｔ）、巾ａ（ｒ，ｔ）和巾０（ｒ’Ｄ可以表示为嘲：地。
鲁黼文一割但‘２‘２’（ｉ＝ｇ，ａ，Ｏ）其中，∞ｇ、∞ａ和∞０分别为基横模在以上三处的半径，巾ｇ（Ｏ，ｔ）、如（Ｏ，ｔ）和加（Ｏ，ｔ）为以上三处激光谐振腔纵轴上的光子数密度。
采用端面泵浦可以提高泵浦效率，但是此时泵浦光通常集中在激活介质的中央部位，晶体吸收的泵浦能量有相当一部分转换为热能存储在晶体内部而形成不。
5-1典型激光器介绍-固体激光器讲解
3.图(5-6)所示的椭圆柱聚光腔是小型固体激光器中最常采用的聚光腔，它的内表 面被抛光成镜面，其横截面是一个椭圆。 4. 固体激光器的泵浦系统还要冷却和滤光。 常用的冷却方式有液体冷却、气体冷却和 传导冷却等，其中以液冷最为普遍。
§
5 1 固 体 激 光 器
5.泵浦灯和工作物质之间插入滤光器件滤 去泵浦光中的紫外光谱。
激光谱线
泵浦源
由于固体激光器的工作物质是绝缘晶体，所以一般用光泵浦源激励
*泵浦灯和激光棒分别位于椭圆聚光腔的两条焦线上 *泵浦光源中仅有少部分与工作物质吸收带相匹配的光能是有用的。 阈值高、温度效应非常严重、室温下不适 于连续和高重复率工作 阈值低、有优良的热学性质、 适于连续和高重复率工作；是 目前能在室温下连续工作的唯 一实用的固体工作物质
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5 1 固 体 激 光 器 .
图(5-5) Nd3＋:YAG 的能级结构
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5.1.2 固体激光器的泵浦系统
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1. 固体激光工作物质是绝缘晶体，一般都采用光泵浦激励。泵浦光源应当满足两 个基本条件。
2. 常用的泵浦灯在空间的辐射都是全方位的，因而固体工作物质一般都加工成圆 柱棒形状，所以为了将泵浦灯发出的光能完全聚到工作物质上，必须采用聚光腔。
第 五 章 典 型 激 光 器 介 绍
1.固体激光器基本上都是由工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统构成 的。图5-1是长脉冲固体激光器的基本结构示意图(冷却、滤光系统未画出)。
图5-1 固体激光器的基本结构示意图
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5 1 固 体 激 光 器 .
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5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
808nmLD泵浦固体激光器及调Q实验研究
532019年/第4期/2月（上）808nmLD 泵浦固体激光器及调Q 实验研究梅映雪赵洪霞王敬蕊丁志群程培红（宁波工程学院电子与信息工程学院浙江·宁波315016）摘要调Q 技术可使激光输出峰值功率达到Mw 量级以上，半峰值带宽压缩到皮秒量级，在工业生产、军事和医学领域应用广泛。
目前，808nm LD 泵浦固体激光器及调Q 实验已经成为光电相关专业的首选实验。
本文针对具体实验过程中，静态激光输出难度大，功率相对较低和难于实现调Q 等关键问题，提出了简单易行，可操作性强的步骤方法，并取得了较好的实验效果。
关键词静态激光LD 泵浦固体激光器激光输出调Q中图分类号：TN248.1文献标识码：ADOI:10.16400/ki.kjdks.2019.02.020Experimental Study on 808nm LD Pump Solid Laser and Q-modulationMEI Yingxue,ZHAO Hongxia,WANG Jingrui,DING Zhiqun,CHENG Peihong(Electronic and Information Engineering College,Ningbo University of Technology,Ningbo Zhejiang 315016)AbstractQ-modulation technology can enable laser output peak power to reach Mw magnitude and pulse width with pico-second magnitude,which is widely used in industrial production,military and medical fields.The 808nm LD pump solid laser and Q-modulation experiment have become the first choice experiments for optoelectronic related majors.Aiming at the dif-ficulty of static laser output,low power and other key problems such as Q adjustment,this paper puts forward a simple and feasible method,and obtains a good experimental result.Keywords Static laser;LD pump;solid lasers;Laser output;Q-modulation 0引言全固态808nm 半导体激光器泵浦调Q 激光器由于具有体积小、易于集成和装调方便等优点，被广泛用于科研、农业、工业生产等领域。
大能量电光调Q脉冲序列输出全固态Nd∶YAG激光器
第46卷第7期2016年7月激光与红外L A S E R&IN F R A R E DV o l.46,N o.7July, 2016文章编号:1001-5078(2016)07-0819-04 •激光器技术■大能量电光调Q脉冲序列输出全固态Nd :Y A G激光器赵虎，延新杰，邓明发，孙维娜(北京东方锐镭科技有限公司，北京100015)摘要:设计了激光二极管侧面泵浦两级放大电光调Q全固态Nd :YAG激光器，实现间距可调的脉冲序列激光输出。
使用U型封装的LD模块对晶体棒进行侧面泵浦，磷酸钬氧铷(RTP)晶体作为调Q晶体，通过提供调Q高压序列，获得了单个脉冲能量大于550 mJ,脉冲宽度小于8 ns，脉冲间隔180~ 240 ^可调的脉冲序列输出，脉冲序列间隔稳定，能量保持一致，激光器重复频率5 Hz。
关键词：激光测距;Nd :YAG激光器;脉冲序列；RTP晶体调Q中图分类号：TN248. 1文献标识码：A D O I:10.3969/j.iss n.1001-5078.2016.07.009All solid-state large energy N d: YAG laserwitli electro-optical Q-switched pulse sequenceZHAO Hu，YANXin-jie，DENGMing-fa，SUNWei-na(Beijing Oriental Sharp Laser Technology C o.，L t d，Beijing 100015,China)Abstract： A laser diode (L D ) s i d e-p u m p e d，two-stageamplification，electro-optical Q-switched all solid-stateN d• Y A G laser'was designed to achievethe adjustable intervalof the pulse sequences. T h e side-p u m p e d crystal rods is U-p a c k a g e d L D modules. Using R b T i O P O4( R T P)crystal as the Q-switch，the pulse seq output is obtained. T h e single pulse energy is m o r e than 550 m J a n d the pulse width is less than 8 ns. T h e spaci the pulse sequence is a djustable from 180^s to 240^s b y providing high-voltage sequenceto Q-switch. T h e resultss h o w t h a t thespacing of t h e p u l s e s e q u e n c e i s stable，the energy is consistent，a n d the repetition frequency of the is 5Hz.Key words:laser ranging ;N d : Y A G l a s e r;pulse sequence ;R b T i O P〇4 Q-switch1引言激光测距具有良好的方向性和单色性，与其他 测距方式相比，其方向性好、测距精度高、抗干扰能 力强，因而在军事及民用领域中有着广泛的应用前 景。
Nd-YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验讲义
Nd:YAG 固体激光器电光调Q、倍频实验一、 实验目的1. 掌握电光调Q 的原理及调试方法；2. 学会电光调Q 装置的调试；3. 掌握相关参数的测量。
二、 实验原理1. 调Q 技术原理调Q 技术中，品质因数Q 定义为腔内贮存的能量与每秒钟损耗的能量之比，可表示为： 每秒钟损耗的激光能量腔内贮存的激光能量02πν=Q （1） 式中0ν为激光的中心频率。
如用E 表示腔内贮存的激光能量，γ为光在腔内走一个单程能量的损耗率。
那么光在这一单程中对应的损耗能量为E γ。
用L 表示腔长；n 为折射率；c 为光速。
则光在腔内走一个单程所需要时间为。
c nL /由此，光在腔内每秒钟损耗的能量为c nL E /γ这样，Q 值可表示为γλπγπν002/2nL nL Ec E Q == （2）式中00/νλc =为真空中激光波长。
可见Q 值与损耗率总是成反比变化的，即损耗大Q 值就低；损耗小Q 值就高。
固体激光器由于存在弛豫振荡现象，产生了功率在阈值附近起伏的尖峰脉冲序列，从而阻碍了激光脉冲峰值功率的提高。
如果我们设法在泵浦开始时使谐振腔内的损耗增大，即提高振荡阈值，振荡不能形成，使激光工作物质上能级的粒子数大量积累。
当积累到最大值（饱和值时），突然使腔内损耗变小，Q 值突增。
这时，腔内会象雪崩一样以极快的速度建立起极强的振荡，在短时间内反转粒子数大量被消耗，转变为腔内的光能量，并在透反镜端耦合输出一个极强的激光脉冲。
在这个过程中，弛豫振荡一般是不会发生的，但是，如果调Q 器件设计及调整得不好也会导致多脉冲出现。
所以，输出光脉冲脉宽窄，峰值功率高。
通常把这种光脉冲称为巨脉冲。
调节腔内的损耗实际上是调节Q 值，调Q 技术即由此而得名。
也成为Q 突变技术或Q 开关技术。
谐振腔的损耗γ一般包括有：54321αααααγ++++= （3）其中1α为反射损耗；α2为吸收损耗；α3为衍射损耗：α4为散射损耗；α5为输出损耗。
实验七 脉冲激光器输出特性实验和电光调Q实验
实验七脉冲激光器输出特性和电光调Q实验实验目的1．熟悉和深入理解脉冲固体激光器与电光调Q的工作原理。
2．测量脉冲固体激光器的静态输出特性，了解谐振腔参数对激光器性能的影响，掌握其调试方法。
3．测试电光Q开关的消光经和电光调Q激光器的输出特性（脉冲能量、脉冲宽度、脉冲峰值功率、输出动静比），并与未调Q时激光器输出相比较，从而加深对调Q激光器工作特性的理解。
4．通过本实验加深理解电光Q开关激光器的工作原理，熟悉电光Q开关激光器的调试方法。
实验原理1．固体激光器通常由三个基本部分组成，即固体激光工作物质、泵浦源、和光学谐振腔。
图1是固体激光器的基本结构示意图。
图7-1 固体激光器结构示意图激光工作物质是激光器的心脏，产生激光的是激活离子，激光器的输出特性在很大程度上由激活离子的能级结构决定。
目前，常用的固体激光工作物质有红宝石晶体、钕玻璃和掺钕钇铝石榴石（即Nd3+:YAG）晶体。
由于Nd3+:YAG晶体具有荧光谱线窄、量子效率高等特点，它的增益高、阈值低、激光输出效率高，故在中小功率的脉冲器件中，以及在高重复率的脉冲激光器中得到广泛应用。
本实验中即采用Nd3+:YAG作为激光工作物质，该工作物质的激活离子为Nd3+，属四能级系统，发射激光波长为1.06μm，工作于脉冲方式。
Nd3+:YAG产生受激辐射的能级如图2所示。
激活粒子（Nd3+:离子）在这些能级之间的跃迁特性为：在光泵作用下，处于基态能级E1上的粒子被激发到高能级E4上，由于E4能级寿命很短，处在该能级上的粒子很快以无辐射跃迁方式迅速转移到较低的激发态能级E 3上，E 3为亚稳态，在E 3能级上的粒子有较长的寿命（10-3~10-4S ），因而易于实现粒子数积累。
当粒子数由E 3向E 2跃迁时，产生激光辐射，粒子到达能级E 2后，再以无辐射跃迁迅速地返回到基态E 1。
基于这种状态以及由于热平衡情况，使得粒子不易在E 2能级上集居，因此，在外界激励下，E 3和E 2之间较易形成粒子数反转，从而实现受激辐射。
固体激光器及其调Q工作原理
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汇报人姓名
发展历程
PART 1
特点
PART 1
应用
激光器的构成
泵浦——提供能量 工作物质——受激
辐射，产生激光 谐振腔——光放大、
选模
激光器的分C O 类2
PART 1
固体激光器
PART 1
激光产生 机制
调Q
1
I Ic
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•常用电光晶体：
KDP磷酸二氢钾
BBO硼酸钡
LN铌酸锂
LGS硅酸镓镧
RTP磷酸钛氧铷
声光调Q
激光经过该声光介质，发生一级衍射，方 向偏离谐振腔，谐振腔损耗增加，高Q值
撤去超声场， 衍射消失，Q 值骤降
声波在声光介质中传播，会使 该介质折射率发生周期变化， 可视为等效位相光栅
饱 和 吸 收 调
Q
(I) 0
,合 成 为 圆 偏 振 光 ， 经 全 反 镜 P反 A射 RT， 1再 次 经 过 电 光 晶 体 ，
2
相 位 差 为 合 成 为 y 方 向 线 偏 振 光 ， 无 法 通 过 偏 振 片 。
V 4=4 n 0 3 ， 为 晶 体 两 端 所 加 调 Q 电 压 。
•电光晶体应满足以下条件：消光比高；透过率高、透光范围大； 半波（四分之一波）电压低；抗破坏阈值高；晶体防潮等。
调Q技术又叫Q开关技术，是将一般输出的连续激 光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光 源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。
n
x
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n0
1 2
新电光调Q激光器的输出特性
参考文献
《激光原理》
新电光调Q激光器的输出特性
目
简介
1
录
实验结果 6 与讨论
实验目的 2
电光调Q
实验内容 5 与步骤
实验原理 3
4 实验装置 及仪器
简介
固体激光器的应用主要集中在科研与开发、加工、医 疗和军用等四个方面。在科研与开发方面，涉及面很广， 包括作核聚变研究用的高峰值功率激光器系统、作光谱研 究和新材料开发用的超短脉冲激光器和可调谐激光器、作 脉冲全息摄影用的红宝石激光器、作高速摄影用的超短脉 冲激光器、测量人造地球卫星轨迹和月球表面用的高精度 激光测距仪、遥感用的激光雷达等等。
实验结果及讨论
1、静态
阈值电压：440V
探头参数：8.4mV/mJ
表1 静态激光注入能量与输出能量数据表
注入电 压（V）
500
注入能量 （J） 1
输出电（mV） 平均输出
输出能量
23 4
5 电压（mV） （mJ）
标准差
530
560
590
620
实验结果及讨论
2、动态
阈值电压：480V
探头参数：8.4mV/mJ
∆n N
∆nt’ ∆ni
Nm
N
∆n ∆nt
0
tp
t
通过某种方法，在光泵激励刚开始时，先使光腔具有 高损耗δH, 激光器由于处于高阈值而不能产生振荡，于是 激光上能级亚稳态上的粒子数可以积累到较高的水平。当 其粒子数积累到相应于泵浦而言最大值时，使腔的损耗突 然降低到δL，阈值也随之突然降低。此时反转粒子数大大 超过阈值，受激辐射极为迅速地增强。于是在极短时间内， 上能级贮存的大部分粒子的能量转变为激光能量，在输出 端有一个强的激光巨脉冲输出。
专业实验实验二半导体泵浦固体激光器综合实验
半导体泵浦固体激光器综合实验实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印半导体泵浦固体激光器综合实验一、前言半导体泵浦固体激光器 ( Diode-Pumped solid-state Laser ，DPL )，是以激光二极管 (LD) 代替闪光灯泵浦固体激光介质的固体激光器，具有效率高、体积小、寿命长等一系列优点，在光通信、激光雷达、激光医学、激光加工等方面有巨大应用前景，是未来固体激光器的发展方向。
本实验的目的是熟悉半导体泵浦固体激光器的基本原理和调试技术，以及其调Q 和倍频的原理和技术。
二、实验目的a) 掌握半导体泵浦固体激光器的工作原理和调试方法；b) 掌握固体激光器被动调Q的工作原理，进行调Q脉冲的测量；c) 了解固体激光器倍频的基本原理。
三、实验原理与装置d) 半导体激光泵浦固体激光器工作原理：上世纪80年代起，生长半导体激光器(LD )技术得到了蓬勃发展，使得LD的功率和效率有了极大的提高，也极大地促进了DPSL 技术的发展。
与闪光灯泵浦的固体激光器相比，DPSL 的效率大大提高，体积大大减小。
在使用中，由于泵浦源LD 的光束发散角较大，为使其聚焦在增益介质上，必须对泵浦光束进行光束变换(耦合) 。
泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种，其中端面泵浦方式适用于中小功率固体激光器，具有体积小、结构简单、空间模式匹配好等优点。
侧面泵浦方式主要应用于大功率激光器。
本实验采用端面泵浦方式。
端面泵浦耦合通常有直接耦合和间接耦合两种方式。
e) 直接耦合：将半导体激光器的发光面紧贴增益介质，使泵浦光束在尚未发散开之前便被增益介质吸收，泵浦源和增益介质之间无光学系统，这种耦合方式称为直接耦合方式。
直接耦合方式结构紧凑，但是在实际应用中较难实现，并且容易对LD 造成损伤。
f) 间接耦合：指先将LD 输出的光束进行准直、整形，再进行端面泵浦。
常见的方法有：g) 组合透镜系统聚光：用球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合。
氙灯泵浦kW级固体热容激光器电源系统
氙灯泵浦kW级固体热容激光器电源系统
何锋;许晓军;陈金宝
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2005(017)0z1
【摘要】kW级固体热容激光器的电源系统由大功率高压恒流充电单元、储能单元、放电控制单元、脉冲氙灯与预燃单元、总控与测量单元等部分组成.实际应用表明,该系统已达到了单脉冲输出能量7.5 kJ,重复工作频率10 Hz的设计指标,并具有平均功率高、效率高、可靠性好等特点.
【总页数】3页(P23-25)
【作者】何锋;许晓军;陈金宝
【作者单位】国防科学技术大学,光电科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科学技术大学,光电科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科学技术大学,光电科学与工程学院,湖南,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TN245
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被动调Q固体激光器的稳定性及增益预泵浦技术
被动调Q固体激光器的稳定性及增益预泵浦技术
王为宇;巩马理;刘兴占;金国藩
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2000(030)002
【摘要】研究了造成被动调Q激光脉冲不稳定的原因,针对泵浦功率的起伏和饱和吸收体响应时间的影响,进行了深入的分析.提出了采用增益预泵浦方式提高被动调Q激光器稳定性的方法,并就这种激光器进行了分析.结果表明,采用增益预泵浦,可提高被动调Q激光器脉冲输出能量和工作效率.
【总页数】4页(P74-77)
【作者】王为宇;巩马理;刘兴占;金国藩
【作者单位】清华大学精密仪器系,数字光电实验室,北京,100084;清华大学精密仪器系,数字光电实验室,北京,100084;清华大学精密仪器系,数字光电实验室,北
京,100084;清华大学精密仪器系,数字光电实验室,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1
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㊀鲁东大学学报(自然科学版)㊀ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)２０１９ꎬ３５(２):１０５ １０９㊀㊀㊀收稿日期:２０１９￣０２￣２２ꎻ修回日期:２０１９￣０３￣１５㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(１１６７４１４６)㊀㊀第一作者简介:张以辉(１９９３ )ꎬ男ꎬ山东菏泽人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为光与物质相互作用.Ｅ－ｍａｉｌ:ｚｈｙｍａｘｉｗｏｎ＠１６３.ｃｏｍ㊀㊀通信作者简介:董全力(１９７４ )ꎬ男ꎬ山东莱阳人ꎬ教授ꎬ硕士研究生导师ꎬ博士ꎬ研究方向为光学㊁等离子体物理与天体物理.Ｅ－ｍａｉｌ:ｑｌｄｏｎｇ＠ａｐｈｙ.ｉｐｈｙ.ａｃ.ｃｎ氙灯泵浦电光调Ｑ固体激光器输出脉冲包络特征的分析张以辉ꎬ董全力(鲁东大学㊀物理与光电工程学院ꎬ山东烟台２６４０３９)摘要:使用氙灯侧面泵浦电光调ＱＮｄ:ＹＡＧ激光器进行实验ꎬ输出激光的脉冲宽度为１７ｎｓꎬ同时发现在激光脉冲时间包络下沿存在 子脉冲 与拖尾现象.首先ꎬ针对这个实验现象ꎬ排除了阻抗失配因素.其次ꎬ在速率方程组中ꎬ通过改变自发辐射中振荡模式的光子数与总自发辐射的光子数的比例系数ꎬ分析了腔内光子数密度的变化过程ꎬ得到理论激光脉冲宽度为１３ｎｓ.通过理论脉冲时间包络与实验脉冲时间包络的比较ꎬ发现两者能较好地吻合ꎬ从而解释了激光脉冲包络下沿产生的 子脉冲 与拖尾现象.最后ꎬ通过速率方程数值模拟对其他增益介质(Ｎｄ:ＧｄＶＯ４ꎬＮｄ:ＧＹＳＧＧꎬＮｄ:ＹＬＦ和Ｎｄ:ＹＶＯ４)进行了分析ꎬ也得到了脉冲时间包络下沿的 子脉冲 与拖尾现象.关键词:激光器ꎻ速率方程组ꎻ自发辐射ꎻ阻抗匹配中图分类号:ＴＮ２４８.１㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１６７３￣８０２０(２０１９)０２￣０１０５￣０５㊀㊀随着调Ｑ固体激光器技术的迅速发展ꎬ对激光器能级系统的速率方程[１ ４]的理论分析也日益增多ꎬ研究者们运用不同的速率方程组形式分析受激辐射㊁腔内损耗㊁能级寿命等因素对激光脉冲时间包络的影响.例如ꎬ文献[５]使用氙灯泵浦Ｃｒ４＋:ＹＡＧ调Ｑ的Ｎｄ:ＹＡＧ激光器输出激光脉冲时间包络ꎬ对考虑激光能级中各子能级间的弛豫平衡时间及激光下能级寿命大小的速率方程组进行了分析ꎬ解释了调Ｑ脉冲宽度远小于激光下能级寿命是 子脉冲 产生的原因ꎻ文献[６]使用二极管侧面泵浦电光调ＱＮｄ:ＹＡＧ激光器输出脉冲时间包络ꎬ对考虑与不考虑激光下能级弛豫过程的两种形式的调Ｑ速率方程进行了分析ꎬ解释了调Ｑ 子脉冲 与拖尾现象.㊀㊀上述研究中都没有具体分析自发辐射因素对光子数密度变化的影响.自发辐射的光子方向是随机的ꎬ但满足在激光器光子振荡方向的自发辐射光子数相对于总自发辐射的光子数有一定比例[７ ８].本文采用考虑该比例变化的速率方程组ꎬ对光子数密度的脉冲时间包络进行数值模拟ꎬ用来研究实验结果中脉冲时间包络下沿存在的 子脉冲 与拖尾现象的原因ꎬ并且对多种増益介质的情况进行分析ꎬ以探究该现象是否普遍存在.１㊀实验方法㊀㊀实验装置使用闪烁频率为１０Ｈｚꎬ放电脉宽为２００μｓ的氙灯泵浦源.当氙灯电压调节为７００Ｖ时ꎬ水箱温度达到２７ħꎬ每次泵浦都会有一个激光脉冲输出.谐振腔由１ ０６４μｍ全反射的后腔镜与透射率为６０％的前腔镜组成.电光开关是由布儒斯特窗和ＫＤ∗Ｐ电光晶体共同组成.㊀㊀该激光器通过氙灯在聚光腔内泵浦增益介质Ｎｄ:ＹＡＧ晶体棒ꎬ产生受激辐射ꎬ随后通过电光开关进行调Ｑꎬ得到脉冲激光输出ꎻ再使用ＩｎＧａＡｓ快速探测器与ＭＳＯ２０００Ａ/ＤＳ２０００Ａ系列数字示波器探测输出激光的脉冲包络以及脉冲宽度ꎬ读出脉冲宽度为１７ｎｓꎬ激光脉冲时间包络如图１虚线所示.㊀㊀通过实验结果发现ꎬ在脉冲时间包络下沿处存在 子脉冲 与拖尾现象ꎬ下文将结合阻抗匹配与速率方程组分别分析产生该现象的原因.１０６㊀鲁东大学学报(自然科学版)第３５卷㊀图１㊀实验脉冲时间包络与理论脉冲时间包络的对比结果２㊀阻抗匹配分析㊀㊀阻抗匹配[９]是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配ꎬ得到最大功率输出的一种工作状态.如果阻抗不匹配ꎬ则会导致脉冲信号失真ꎬ信号就会产生反射ꎬ传输效率下降.㊀㊀对脉冲信号的探测是由探测器将光信号转换为电信号ꎬ再通过长度ｌｔ为１.５ｍ的传输线进行传输ꎬ最终由示波器将电信号相对强度展现出来.而对于探测脉冲信号ꎬ需要考虑探测器输出阻抗与传输线特性阻抗之间ꎬ以及传输线特性阻抗与示波器负载之间的阻抗匹配问题.当阻抗不匹配时ꎬ在探测器与传输线之间的信号反射率为ΓＲＳ＝(ＲＳ－Ｚ０)/(ＲＳ＋Ｚ０)ꎬ在传输线与示波器负载之间的信号反射率为ΓＲＬ＝(ＲＬ－Ｚ０)/(ＲＬ＋Ｚ０)ꎻ若Γ<０ꎬ表示反射信号与原信号矢量方向相反[１０].其中探测器输出阻抗ＲＳ＝５０Ωꎬ传输线特性阻抗Ｚ０＝５０Ωꎬ示波器负载阻抗ＲＬ＝５０Ωꎬ信号传播速度[１１]ｖｐ＝ｃ/εｒꎬ往返所需要的时间ｔｌｔ＝２ｌｔ/ｖｐꎬ其中εｒ＝２ ８为传输线导体之间介质聚氯乙烯的相对介电常数[１２].㊀㊀当不接入电阻适配器时ꎬ探测到的脉冲信号如图２中０位置处实线所示.当在探测器与传输线之间分别接入５０与７５Ω的电阻适配器时ꎬ探测到的脉冲信号如图２中＋５０与＋７５位置处的实线所示.当在传输线与示波器之间分别接入５０与７５Ω的电阻适配器时ꎬ探测到的脉冲信号如图２中－５０与－７５位置处的实线所示.由图２中实线表示的脉冲信号可以看出ꎬ在不接电阻适配器的情况下ꎬ输出脉冲信号最强ꎬ并且电阻适配器阻值越小ꎬ主脉冲信号强度越小.图２㊀实验脉冲包络信号(实线)与仿真脉冲包络信号(虚线)对比㊀㊀根据上述结论ꎬ可以假设不加电阻适配器时ꎬ探测的脉冲信号为真实信号Ｕ０ꎬ这时整个探测系统处于阻抗匹配状态ꎬ原信号强度为Ｕ＝３Ｕ０.㊀㊀当在探测器与传输线之间接入电阻适配器时ꎬ此时电阻适配器与传输线阻抗进行并联.信号反射率为ΓＲＳ＝(ＲＳ－Ｚ０ᶄ)/(ＲＳ＋Ｚ０ᶄ)ꎬ此时Ｚ０ᶄ是传输线阻抗Ｚ０与电阻适配器Ｒ的并联阻值.在示波器处原信号值应为Ｕ１＝３Ｕ０((１/(１/(ＲＬ＋Ｚ０)＋１/Ｒ))/(ＲＳ＋１/(１/(ＲＬ＋Ｚ０)＋１/Ｒ)))(１－｜ΓＲＳ｜)((Ｚ０＋ＲＬ)/(Ｚ０＋ＲＬ＋Ｒ))ꎻ(１)㊀㊀对于反射信号可得Ｕ２＝Ｕ１ΓＲＳ(１－｜ΓＲＳ｜).(２)㊀㊀根据反射信号对信号传输的影响ꎬ可以得到理论上最终的探测信号为Ｕ＝Ｕ１＋Ｕ２ꎬ如图２中＋５０与＋７５位置处的虚线所示.㊀㊀当在传输线与示波器之间接入电阻适配器时ꎬ此时电阻适配器与负载进行并联.信号反射率为ΓＲＬ＝(ＲＬᶄ－Ｚ０)/(ＲＬᶄ＋Ｚ０)ꎬ此时ＲＬᶄ是示波器阻抗ＲＬ与电阻适配器Ｒ的并联阻值.在示波器处原信号值应为Ｕ１＝３Ｕ０(１/(１/ＲＬ＋１/Ｒ))ＲＳ＋Ｚ０＋１/(１/ＲＬ＋１/Ｒ)ꎻ(３)㊀㊀对于反射信号可得Ｕ２＝Ｕ１ΓＲＬ((ＲＳ＋Ｚ０)/(ＲＳ＋Ｚ０＋Ｒ)).(４)㊀第２期张以辉ꎬ等:氙灯泵浦电光调Ｑ固体激光器输出脉冲包络特征的分析１０７㊀㊀㊀根据反射信号对信号传输的影响ꎬ可以得到理论上最终的探测信号为Ｕ＝Ｕ１＋Ｕ２ꎬ如图２中－５０与－７５位置处的虚线所示.㊀㊀通过电路分析与仿真ꎬ当电阻适配器接在探测器与传输线之间时ꎬ产生与原信号相同方向的反射信号ꎬ同时信号传输效率下降ꎬ使 子脉冲 得以消除ꎻ当电阻适配器接在传输线与示波器之间时ꎬ产生与原信号相反方向的反射信号ꎬ同时信号传输效率也下降ꎬ使主脉冲与 子脉冲 之间产生了反向信号.㊀㊀通过比较脉冲仿真信号与实验探测信号ꎬ在脉冲开始后１７ｎｓ时间内ꎬ脉冲信号在电路中被消耗ꎬ但不受到信号反射的影响ꎻ在１７ｎｓ之后ꎬ脉冲信号除了在电路中被消耗之外ꎬ还要受到由于阻抗不匹配引起的信号反射的影响.由此可以得出结论ꎬ在不接电阻适配器时探测的脉冲信号为真实信号ꎬ所以排除了由于阻抗不匹配导致产生脉冲时间包络下沿的 子脉冲 与拖尾现象的原因.３㊀速率方程分析３.１㊀增益介质为Ｎｄ:ＹＡＧ的速率方程分析㊀㊀调Ｑ技术是获得较短的脉冲宽度以及较高的脉冲峰值功率最基本的技术.对调Ｑ技术进行数值求解ꎬ可以得到反转粒子数密度与腔内光子数密度变化过程ꎬ可以用腔内光子数密度的大小来描绘输出激光脉冲时间包络.㊀㊀为了分析实验中激光脉冲时间包络下沿存在的 子脉冲 与拖尾现象ꎬ把自发辐射因素考虑进去的速率方程组理论方程[６ ８]为ｄρｄｔ＝(ｎ２－γｎ１)２σｌρｔｒ－ρτｃ＋２ζ(ｎ２－γｎ１)τｆ[１＋ｌσ(ｎ２－γｎ１)]ｔｒꎬ(５)ｄｎ２ｄｔ＝－(ｎ２－γｎ１)σｃρ－ｎ２τｆ＋Ｐｉｎꎬ(６)ｄｎ１ｄｔ＝(ｎ２－γｎ１)σｃρ＋ｎ２τ２１－ｎ１τ１０ꎬ(７)式中:ρ为腔内光子数密度ꎻｎ１ꎬｎ２分别为增益介质激光上下能级间的粒子数密度ꎻσ为增益介质受激发射截面ꎻｌ为增益介质长度ꎻｔｒ＝２ｌｃ/ｃ为腔内光子往返谐振腔一周所需要的时间ꎬ其中ｌｃ为激光谐振腔光学长度ꎬｃ为光速ꎻτｃ为腔内光子寿命ꎬ可表示为τｃ＝ｔｒ/(ｌｎ(１/Ｒ)＋Ｌ)ꎬＲ为输出镜的反射率ꎬＬ为谐振腔内总损耗ꎻτｆ为激光荧光寿命ꎻζ为自发辐射在振荡模式的光子数占总自发辐射光子数的比例(初始值为１ˑ１０－１２)[７]ꎻγ为反转因子(四能级系统γ＝１)[４]ꎻＰｉｎ为泵浦速率ꎬ表达式为Ｐｉｎ＝Ｗｉｎ/(ｈνｐπω２ｐｌ)ｅｘｐ(－((ｔ－ｔ０)/ωｔ)２)ꎬ其中νｐ为泵浦光频率ꎬｈ为普朗克常数ꎬωｐ为增益介质横截面半径ꎬＷｉｎ为氙灯输出平均功率ꎬｔ０为泵浦峰值处ꎬωｔ为氙灯放电脉宽ꎻτ２１为激光能级间的辐射寿命ꎻτ１０为激光下能级向基态能级的弛豫时间.㊀㊀氙灯泵浦电光调ＱＮｄ:ＹＡＧ[１ꎬ４ꎬ１３]固体激光器的各项参数如表１所示.表１㊀Ｎｄ:ＹＡＧ激光器的相关参数参数值参数值参数值Ｒ０.６ωｐ０.２ｃｍνｐ３.７１３ˑ１０１４Ｈｚ＠８０８ｎｍｌ８ｃｍωｔ２００μｓｃ２.９９８ˑ１０１０ｃｍ/ｓｌｃ４７ｃｍｔ０１８０ˑ１０－６ｓＬ０.００２ｃｍ－１τ２１５５０μｓＷｉｎ１４００Ｗσ２.２５ˑ１０－１９ｃｍ２τｆ２３０μｓｈ６.６３ˑ１０－３４Ｊ ｓτ１０３００ｎｓ㊀㊀利用ＭＡＴＬＡＢ编程对速率方程组(５)~(７)进行数值求解ꎬ得到理论脉冲时间包络如图１实线所示ꎬ脉冲宽度约为１３ｎｓ.由理论脉冲时间包络分析ꎬ在脉冲开始之前ꎬ由于自发辐射为光子的振荡提供最初的信号ꎬ并且初始反转粒子数密度也达到最大值Δｎｉꎬ引起受激辐射速率很快ꎬ迅速释放腔内光子ꎬ光子数密度迅速增大ꎻ当反转粒子数密度减小到阈值Δｎｔ时ꎬ光子数密度达到最大ꎬ即脉冲峰值处ꎻ随后受激辐射速率很小ꎬ光子数密度也开始减小.在光子的振荡方向上由于光子数密度较大ꎬ或者受激辐射速率较大时ꎬ自发辐射中ζ值很小ꎬ并且受光子数密度变化的影响也很小ꎬ可以认为是定值.㊀㊀随着腔内光子数密度减小ꎬ自发辐射中ζ值１０８㊀鲁东大学学报(自然科学版)第３５卷㊀受光子数密度变化的影响变大ꎬ不能再将ζ值看作为定值.当腔内光子数密度再减小ꎬζ值就会增大.由于激光脉冲能量较大ꎬ在输出一个信号光脉冲之后ꎬ剩余的能量仍然达到了参量振荡的阈值[１４]ꎻ并且由于ζ值增大ꎬ再次为光子的振荡提供信号来源ꎬ受激辐射几率再次增大ꎬ产生光子ꎬ形成脉冲时间包络下沿的 子脉冲 .㊀㊀由于此时增益介质的反转粒子数密度Δｎ远远小于初始反转粒子数密度Δｎｉꎬ所以在脉冲时间包络下沿 子脉冲 的峰值功率远远小于主脉冲的峰值功率ꎬ并且此时 子脉冲 上自发辐射的ζ值也要比主脉冲上自发辐射的ζ值大得多ꎬ所以在 子脉冲 之后形成了拖尾现象.通过理论脉冲时间包络与实验脉冲时间包络进行比较ꎬ发现两者基本相符ꎬ这也成功解释了实验结果中脉冲时间包络下沿存在的 子脉冲 与拖尾现象.３.２㊀对其它增益介质的速率方程分析㊀㊀以氙灯侧面泵浦电光调ＱＮｄ:ＹＡＧ激光器为例ꎬ对考虑自发辐射过程的速率方程组进行数值求解ꎬ解释了脉冲时间包络下沿存在的 子脉冲 与拖尾现象.那么ꎬ对于其他增益介质的激光器是否也会在脉冲时间包络下沿产生 子脉冲 与拖尾现象?㊀㊀沿ｃ轴切割的增益介质Ｎｄ:ＧｄＶＯ４[１５ １６]产生１ ０６４μｍ的激光ꎬ荧光寿命τｆ＝９０μｓꎬ受激发射截面σ＝１ ２２ˑ１０－１９ｃｍ２ꎬ腔内总损耗Ｌ＝０ ０９ｃｍ－１ꎻ增益介质Ｎｄ:ＹＶＯ４[４ꎬ１７]产生１ ０６４μｍ的激光ꎬ荧光寿命τｆ＝９８μｓꎬ受激发射截面σ＝３４ ２ˑ１０－１９ｃｍ２ꎬ腔内总损耗Ｌ＝０ ０２ｃｍ－１ꎻ增益介质Ｎｄ:ＧＹＳＧＧ[１８ １９]产生１ ０６μｍ的激光ꎬ荧光寿命τｆ＝２２０μｓꎬ受激发射截面σ＝１ ５９ˑ１０－１９ｃｍ２ꎬ腔内总损耗Ｌ＝０ ０４ｃｍ－１ꎻ增益介质Ｎｄ:ＬｉＹＦ４(Ｎｄ:ＹＬＦ)[４ꎬ１４]产生１ ０４７μｍ的激光ꎬ荧光寿命τｆ＝４８０μｓꎬ受激发射截面σ＝１ ８ˑ１０－１９ｃｍ２ꎬ腔内总损耗Ｌ＝０ ００５ｃｍ－１.㊀㊀将这四个增益介质的参数代替增益介质Ｎｄ:ＹＡＧ的参数ꎬ自发辐射中ζ值为固定值ꎬ其他参量都不改变ꎬ通过速率方程组(５)~(７)数值模拟得到理论脉冲时间包络ꎬ如图３虚线所示.对这四个增益介质的自发辐射中ζ值进行改变ꎬ最终得到理论脉冲时间包络ꎬ如图３实线所示.图３㊀增益介质Ｎｄ:ＧｄＶＯ４ꎬＮｄ:ＧＹＳＧＧꎬＮｄ:ＹＬＦ和Ｎｄ:ＹＶＯ４的理论脉冲时间包络㊀㊀由图３可知ꎬ当自发辐射中的ζ值不变时ꎬ在脉冲时间包络下沿不会产生 子脉冲 与拖尾现象ꎻ当自发辐射中的ζ值发生改变时ꎬ则能引起脉冲时间包络下沿的 子脉冲 与拖尾现象.在改变受激发射截面与荧光寿命时ꎬ发现受激发射截面越小ꎬζ值的变化越小ꎬ脉冲峰值功率越小ꎬ并且脉冲时间包络会出现右移现象ꎻ荧光寿命越大ꎬζ值的变化越大ꎬ脉冲峰值功率越大ꎬ并且会出现脉冲左移现象.４㊀结论㊀㊀首先ꎬ对氙灯泵浦电光调Ｑ固体激光器得到纳秒量级脉冲时间包络下沿存在的 子脉冲 与拖尾现象进行了研究ꎬ虽然排除了阻抗匹配因素ꎬ但也说明阻抗匹配在信号探测时的重要性.其次ꎬ通过分析自发辐射的振荡方向光子数密度比例变化这一物理成因ꎬ对速率方程组中的光子数密度进行数值模拟ꎬ得到脉冲时间包络下沿的 子脉冲 与拖尾现象与实验现象较为符合ꎬ成功解释了该现象产生的原因.最后ꎬ在速率方程中分别对不同增益介质(Ｎｄ:ＧｄＶＯ４㊁Ｎｄ:ＹＶＯ４ꎬＮｄ:ＧＹＳＧＧ和Ｎｄ:ＹＬＦ)进行数值分析ꎬ也得到了相同的结果.在 受激辐射 过程占主导的激光器中ꎬ一直被人们忽视的 自发辐射 过程的作用ꎬ足以影响激光脉冲的输出时间包络ꎬ这一分析为获得干净脉冲的理论研究和实验探究提供了一定的参考价值.㊀第２期张以辉ꎬ等:氙灯泵浦电光调Ｑ固体激光器输出脉冲包络特征的分析１０９㊀参考文献:[１]㊀ＤＥＧＮＡＮＪＪ.ＴｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｌｙｃｏｕｐｌｅｄＱ－ｓｗｉｔｃｈｅｄｌａｓｅｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ１９８９ꎬ２５(２):２１４－２２０.[２]㊀李德华ꎬ周薇.氙灯泵浦的Ｎｄ:ＹＡＧ激光器时间响应特性分析[Ｊ].山东科技大学学报(自然科学版)ꎬ２００７ꎬ２６(１):８７－８８.[３]㊀宗妍.ＬＤ侧面泵浦电光调Ｑ绿光及紫外脉冲激光器的研究[Ｄ].西安:西北大学ꎬ２００８. 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