ld泵浦掺钕晶体的脉冲激光特性研究
学 号： 2008020898 姓 名： 刘莹 导 师： 刘杰 专 业： 光学 联系电话： 15098945385 Email： liuying8623 学 院： 物理与电子科学学院 单位代码 10445 学 号 2008020898 分 类 号 O437 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论 文 题 目: LD 泵浦掺钕晶体的脉冲激光特性研究 学科专业名称: 光 学 申请人姓 名: 刘 莹 导 师 姓 名: 刘 杰 教授 论文提交时间: 2011 年 04 月 12 日 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 （注：如没 有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者签名： 导师签字： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 山东师范大学山东师范大学 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权 山东师范大学山东师范大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密 的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 2011 年 月 日 签字日期： 2011 年 月 日 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 i 目 录 中文摘要 . I Abstract . III 第一章 概述 . 1 1.1 掺钕激光晶体简介 . 1 1.1.1 Nd:YAG 晶体的特性及研究现状 . 2 1.1.2 Nd:GdVO4晶体的特性及研究现状 . 7 1.1.3 Nd:YVO4晶体的特性及研究现状 . 10 1.2 常用于 LD 泵浦的饱和吸收体简介 . 14 1.2.1 Cr4+:YAG 晶体的特性 . 14 1.2.2 Co2+:MgAl2O4晶体的特性 . 17 1.2.3 SWCNTs 晶体的特性 . 20 1.3 本文研究内容 . 22 第二章 LD 泵浦 Nd:YAG1064 nm 调 Q 脉冲激光特性研究 . 25 2.1 调 Q 技术简介 . 25 2.2 调 Q 的理论分析及实验研究 . 26 2.2.1 声光主动调 Q 理论分析 . 26 2.2.2 饱和吸收体 Cr4+:YAG 被动调 Q 理论分析 . 28 2.2.3 Nd:YAG 晶体声光调 Q 脉冲激光特性实验研究 . 30 2.2.4 Nd:YAG 晶体 Cr4+:YAG 被动调 Q 脉冲激光特性实验研究 . 33 2.3 声光-被动双调 Q 脉冲激光特性研究 . 36 2.3.1 Nd:YAG 晶体声光-Cr4+:YAG 双调 Q 脉冲激光特性实验研究 . 36 第三章 LD 泵浦 Nd:GdVO41.34m 被动调 Q 脉冲激光特性 . 41 3.1 Nd:GdVO4晶体 1.34m 被动调 Q 理论分析 . 41 3.2 Nd:GdVO4/Co2+:MALO 被动调 Q 脉冲激光特性实验研究 . 43 第四章 高功率 LD 泵浦 Nd:YVO4/SWCNTs 锁模脉冲激光特性 . 49 4.1 被动锁模理论分析 . 49 4.2 Nd:YVO4/SWCNTs 锁模脉冲激光特性实验研究 . 52 全文总结 . 57 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 ii 参考文献 . 59 攻读硕士期间发表文献 . 69 致谢 . 71 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 I LD 泵浦掺钕晶体的脉冲激光特性研究 中文摘要 目前，全固态激光器以其独特的优势在激光领域中占主要地位，在军事国防、 科学研究、通讯科技、工农业生产和医疗机械等领域都有广泛应用，在激光领域 中占有极其重要的地位。激光晶体作为众多激光介质中的一种，因为其结构上的 完整性以及其物理参数上的广泛性，使得它有着层出不穷的性质，成为激光介质 中最有前途的种类之一。掺钕激光晶体因为是较早被使用的激光晶体之一，直到 现在一直都有着广泛的应用。本论文就是以掺钕激光晶体为研究对象，用二极管 泵浦全固态激光器作为泵源，通过不同的调制方式，从理论和实验两个方面实现 了二极管泵浦 Nd:YAG 晶体 1064 nm 声光调 Q、Cr4+:YAG 饱和吸收体被动调 Q 和 声光-被动双调 Q 激光器的运转输出；用尖晶石（Co2+:MgAl2O4）可饱和吸收体作 为被动调 Q 晶体，实现 Nd:GdVO4晶体 1.34m 被动调 Q 激光器的运转输出以及 使用单壁碳纳米管（SWCNTs）作为可饱和吸收体，Nd:YVO4晶体作为增益介质， 实现高功率高效率的连续锁模运转激光器的实验研究。目的就是为了探究掺钕激 光器的脉冲输出特性，得到更窄脉冲、更高峰值功率、更高效率和更高稳定性的 脉冲输出。主要内容概括如下： 1. 介绍三种常用于二极管泵浦全固态激光器的激光晶体： Nd:YAG、 Nd:GdVO4 和 Nd:YVO4以及三种饱和吸收体：Cr4+:YAG、Co2+:MgAl2O4和 SWCNTs 的机械 性能、热性能和光学特性。并简要概括了他们在二极管全固态激光器中的研究现 状以及应用现状。 2. 用二极管泵浦全固态激光器作为泵源，用 Nd:YAG 晶体作为增益介质采用 不同方式进行 1064 nm 脉冲激光输出的实验研究。首先以调 Q 技术基本理论作为 基础，采用声光调 Q、Cr4+:YAG 被动调 Q 和声光-Cr4+:YAG 双调 Q 三种方式分别 进行实验，实验均采用平凹腔设计。实验结果证明，双调 Q 方式可以更好的压缩 脉宽，获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲输出。最短脉冲宽度为 8 ns，对应平均输出 功率为 1.894 W,最大峰值功率为 23.6 kW。 3. 以 1.34 m 被动调 Q 理论为作为基础， 采用 Co2+:MgAl2O4可饱和吸收体作 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 II 为被动调 Q
