脉冲激光器的稳定性研究.doc

i目录目录第一章 绪论 11.1研究背景 11.1.1 半导体激光器的发展及应用 11.1.2 半导体泵浦固体激光器 31.2 调 Q 泵浦固体激光器脉冲稳定性的提出及研究现状 41.2.1 调 Q泵浦固体激光器脉冲稳定性的提出 41.2.2 研究现状 51.3 论文的研究重点 6第二章 激光调 Q 技术的理论基础 72.1 调Q 原理 72.1.1 普通脉冲固体激光器的弛豫振荡 72.1.2 调 Q 的基本原理 82.2 调 Q 技术 92.2.1主动调Q技术 92.2.2 被动调Q技术 112.3 调Q 泵浦固体激光器工作原理 12第三章 激光脉冲的稳定性因素及其研究 133.1调 Q 激光输出脉冲稳定性的实验研究 133.1.1 调 Q 激光输出脉冲稳定性的实验装置 133.1.2 进行实验获取激光脉冲波形 143.1.3 调 Q 激光输出脉冲稳定性的实验结果 153.2对脉冲波形的稳定性的具体描述 153.2.1泵浦功率对脉冲宽度的影响 163.2.2 泵浦功率对脉冲能量的影响 183.3.3 泵浦功率对脉冲峰值功率的影响 203.4 结论与改进 203.4.1结论 203.4.2需要改进的方面 21第四章 自锁模现象对脉冲稳定性的影响 234.1 自锁模的简单介绍 234.2 激光器锁模的理论依据 244.3 自锁模对激光脉冲不稳定性影响的验证 284.3.1 理论分析 284.3.2 实验验证 284.4 本章小结 30第五章 结论与补充改进 335.1 结论 335.2 补充改进 33致谢 35参考文献 37摘要 摘要半导体泵浦固体激光器技术是新一代固体激光技术发展的主流，本论文重点介绍了当今半导体泵浦固体激光器的发展、分类及其应用，并详细介绍了激光调Q技术的理论基础。

由于脉冲激光器的迅猛发展与广泛应用，对激光器的稳定性要求日益提高，因此本文对脉冲激光器的稳定性进行了研究本文所用激光器为调Q半导体泵浦固体激光器，首先采集脉冲波形，再运用MATLAB软件处理图形，最后运用统计、求方差、画曲线图等数学方法处理数据，系统的研究了激光器泵浦功率变化对脉冲稳定性的影响研究过程发现单脉冲中存在多个纵模振荡，由此引出激光器的自锁模现象对脉冲激光器的稳定性也有影响，并用实验结果与理论分析比较验证了这一影响因素文章最后对此次研究过程与结果都进行了总结，并提出了后续研究应该改进的方面关键词：半导体泵浦激光器 调Q 原理 稳定性 泵浦功率 自锁模ABSTRACTABSTRACTDiode-pumped solid-state laser technology is the mainstream of the new generation of solid-state laser technology development,This paper focuses on the development and application of today's semiconductor-pumped solid-state lasers, And introduces the theoretical basis of the laser Q-technical theoretical basis. Due to the rapid development and wide application of a pulsed laser,The stability of the laser increasing demand,Therefore, this article on the stability of pulsed lasers were studied.As used herein, Q-switched laser is a diode-pumped solid-state lasers,First acquisition pulse waveform, then use MATLAB software handle graphics, and finally the use of statistics, the variance request, draw graphs, mathematical method for processing data,Systematic study of the effects of changes in the pulse laser pump power stability.The study found that there are several single-longitudinal-mode oscillation pulses,This leads to a self-mode-locked laser phenomenon also affects the stability of pulsed lasers,And by comparison of experimental results and theoretical analysis verified this factors.Finally, the process and results of the study are summarized and made a follow-up studies should be improvement.Keywords: semiconductor-pumped the Q-principle the Stability Pump power Since clamping 5第一章 绪论第一章 绪论1.1研究背景1.1.1 半导体激光器的发展及应用 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。

像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（现在的圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大工作波长依赖于激光材料，一般为0.6～1.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到0.46微米的输出，而波长0.50～0.51微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上但迄今尚未实现商品化光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等但就目前而言，激光唱机是这类器件的最大市场其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器，它是在一种材料上制作的pn结二极管在正向大电流注人下，电子不断地向p区注人，空穴不断地向n区注人.于是，在原来的pn结耗尽区内实现了载流子分布的反转，由于电子的迁移速度比空穴的迁移速度快，在有源区发生辐射、复合，发射出荧光，在一定的条件下发生激光，这是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器.半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器，它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如G&As, GaAlAs所组成，最先出现的是单异质结构激光器(1969年).单异质结注人型激光器(SHLD)是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一N结的P区之内，以此来降低阀值电流密度，其数值比同质结激光器降低了一个数量级，但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作.随着异质结激光器的研究发展，再加之由于MBE,MOCVD技术的成就，于是，在1978年出现了世界上第一只半导体量子阱激光器(QWL)，它大幅度地提高了半导体激光器的各种性能.后来，又由于MOCVD,MBE生长技术的成熟，能生长出高质量超精细薄层材料，之后，便成功地研制出了性能更加良好的量子阱激光器，量子阱半导体激光器与双异质结(DH)激光器相比，具有阑值电流低、输出功率高，频率响应好，光谱线窄和温度稳定性好和较高的电光转换效率等许多优点.从20世纪70年代末开始，半导体激光器明显向着两个方向发展，一类是以传递信息为目的的信息型激光器.另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器.在泵浦固体激光器等应用的推动下，高功率半导体激光器(连续输出功率在100，以上，脉冲输出功率在5W以上，均可称之谓高功率半导体激光器)在20世纪90年代取得了突破性进展，其标志是半导体激光器的输出功率显著增加，国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化，国内样品器件输出已达到600W[1].如果从激光波段的被扩展的角度来看，先是红外半导体激光器，接着是670nm红光半导体激光器大量进人应用，接着，波长为650nm,635nm的问世，蓝绿光、蓝光半导体激光器也相继研制成功，lomw量级的紫光乃至紫外光半导体激光器，也在加紧研制中[2]。

为适应各种应用而发展起来的半导体激光器还有可调谐半导体激光器，电子束激励半导体激光器以及作为“集成光路”的最好光源的分布反馈激光器(DFB一LD)，分布布喇格反射式激光器(DBR一LD)和集成双波导激光器.另外，还有高功率无铝激光器、中红外半导体激光器和量子级联激光器等等1.1.2 半导体泵浦固体激光器 半导体泵浦固体激光器（英文全称：Diode Pump Solid State Laser），是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景 目前，国内半导体泵浦固体激光器市场化水平已经达到数百瓦，实验室水平已经达到千瓦级在应用上，大功率半导体泵浦固体激光器以材料加工为主，包括了常规的激光加工：主要是材料加工，如激光标记、激光焊接、激光切割和打孔等，结构紧凑、性能良好、工作可靠的大功率半导体泵浦固体激光打标机产品系列已经在国内得到了规模应用，在国外，千瓦级的半导体泵浦固体激光器已有产品，德国、美国汽车焊接就已经用到了千瓦级半导体泵浦固体激光焊剂机，在原理和技术方案上半导体泵浦固体激光器定标到万瓦都是可行的，目前主要受限于成本和市场需求的限制。

　除材料加工外，大功率半导体泵浦固体激光器还可以用于同位素分离（二倍频、绿光）、激光核聚变、科学研究、医疗、检测、分析、通讯、投影显示以及军事国防等领域，具有极其重要的应用价值 半导体泵浦固体激光器的优势有：低功耗、性能可靠、寿命长、输出光束质量好它的种类很多，可以是连续的、脉冲的、调Q的，以及加倍频混频等非线性转换的工作物质的形状有圆柱和板条状的而泵浦的耦合方式可分为端面泵浦和侧面泵浦，其中端面泵浦又可分为直接端面泵浦和光纤耦合端面泵浦两种结构　　1、端面泵浦固体激光器　　端面泵浦方式最大的优点。