基于声光调Q的纳秒间隔脉冲串激光产生及输出特性研究.pdf

摘要

现如今，高重复频率、高功率的纳秒间隔脉冲串激光器在激光诊断和激光探测等

领域具有广泛的应用前景和需求。目前，腔外调制、腔内调制以及多台阶调Q是实现

脉冲串激光的常见方式。然而，腔外调制产生的脉冲串激光子脉冲能量偏低(nJ-μJ)，

需要庞大的放大系统对种子光进行放大；腔内调制产生的脉冲串激光子脉冲间隔受增

益介质上能级荧光寿命的限制，难以实现纳秒量级的脉冲间隔；多台阶调Q产生的脉

冲串激光重频低，且脉冲串内子脉冲个数有限。针对以上问题，本论文提出了基于多

台阶声光调Q技术获得纳秒间隔脉冲串激光输出的方案。

论文围绕纳秒间隔脉冲串激光的产生，以获得高重复频率、纳秒脉冲间隔、等脉

冲幅值为目的，开展了多台阶声光调Q获取纳秒间隔三脉冲激光的理论和实验研究。

完成的主要研究内容如下：理论上，对多台阶声光调Q产生包含三个等间隔子脉冲的

脉冲串激光原理进行分析。构建调Q晶体透过率与腔内损耗的联系，选取数值离散化

方法来求解损耗相关的时间项四能级速率方程。通过仿真模拟，得到了三脉冲激光的

腔内反转粒子数和光子数变化规律。实验上，通过三步纳秒持续声光调Q的方式，实

现了由三个等纳秒间隔、等幅值子脉冲组成的高重频脉冲串激光输出。在30kHz重频

下，实现最小间隔为119ns的三脉冲激光输出，脉冲串平均输出功率为7.3W，对应三

脉冲宽度分别为15ns、23ns和25ns，对应的光-光转换效率为27.2%。

关键词：声光调Q；脉冲串激光；纳秒脉冲间隔；高重频激光

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目录

摘要I

AbstractI

目录I

插图索引I

附表索引I

第1章绪论1

1.1引言1

1.2脉冲串激光国内外研究现状1

1.2.1脉冲串激光国内研究现状2

1.2.2脉冲串激光国外研究现状5

1.3国内外研究现状对比分析9

1.4本文主要研究内容11

第2章基于声光调Q的纳秒间隔脉冲串激光理论研究13

2.1声光调Q技术理论分析13

2.2多台阶声光调Q产生三脉冲激光输出的理论研究18

2.3声光调Q三脉冲激光速率方程20

2.4多台阶声光调Q产生三脉冲激光输出的仿真研究22

2.5本章小结24

第3章基于声光调Q的纳秒间隔脉冲串激光实验设计26

3.1Nd:YVO4晶体特性26

3.2谐振腔结构设计28

3.3声光驱动器模式选择31

3.4多台阶信号波形设计33

3.5本章小结35

第4章基于声光调Q的纳秒间隔脉冲串激光实验研究36

4.1LD端面泵浦Nd:YVO4激光器连续输出实验研究36

4.2LD端面泵浦Nd:YVO4声光调Q激光器输出实验研究38

4.3多台阶声光调Q产生纳秒间隔脉冲串激光输出实验研究41

4.3.1波形占空比对纳秒间隔脉冲串激光的影响研究41

4.3.2波形幅值对纳秒间隔脉冲串激光的影响研究43

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4.3.3重频对纳秒间隔脉冲串激光子脉冲间隔的影响研究45

4.3.4重频对纳秒间隔脉冲串激光子脉冲宽度的影响研究46

4.4本章小结48

第5章总结与展望49

5.1全文研究工作总结49

5.1.1研究工作总结49

5.1.2创新点50

5.2展望50

参考文献51

攻读学位期间取得的成果55

致谢56

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