激光二極管抽運的被動調Q微晶片激光器仿真研究畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文激光二極管泵浦的無源調Q微芯片激光仿真研究采用激光二極管泵浦的無源 Q 開關微芯片激光仿真摘要激光二極管（LD）泵浦微芯片激光器具有完全固化、體積小、結構簡單的特點。調Q技術又稱調Q技術，是將一般輸出的連續(xù)激光能量壓縮成寬度很窄的脈沖，使光源的峰值功率提高幾個數(shù)量級的技術。 .目的是獲得高峰值功率、窄脈寬的脈沖激光。被動調Q由激光輻射本身啟動，調Q由填充有機染料或摻雜晶體的光學器件組成。本文首先介紹了激光二極管泵浦無源調Q技術的目的、意義和發(fā)展。首先分析無源調Q激光器的理論，得到增益介質中反轉粒子密度、飽和吸收體中反轉粒子密度、諧振腔光子數(shù)密度的相互作用關系。是相互關聯(lián)的。影響調Q過程

2、的因素有很多。不同的配置會導致不同的結果。微芯片激光器的摻雜濃度高，諧振腔不長。這些特性會影響 Q 開關。接下來利用Matlab模擬被動調Q Nd:YAG微芯片激光器的特性，進而研究了Cr:YAG可飽和吸收體在激發(fā)態(tài)的吸收，得到了激光二極管在激發(fā)態(tài)下的Cr:YAG二極管的連續(xù)泵浦。分析了被動調Q Nd:YAG微芯片激光器的耦合方程，并據(jù)此分析了被動調Q的過程。在此基礎上，通過數(shù)值代入和仿真，可以得到不同參數(shù)下無源調Q脈沖輸出的精確結果。取微芯片激光器物理量系數(shù)的典型值，編程求解微芯片激光器對應的速率方程?？梢钥闯觯庾訑?shù)密度、倒置粒子數(shù)密度、基態(tài)粒子數(shù)密度隨時間變化。會變，我們用曲線來形象化。

3、進一步分析數(shù)值模擬可以得到無源調Q激光脈沖的重復頻率和脈寬。關鍵詞：激光二極管，無源調Q ，耦合，泵浦目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc298580205 1簡介1 HYPERLINK l _Toc298580206 1.1激光器發(fā)展簡史1 HYPERLINK l _Toc298580206 1.2激光器發(fā)展前景2 HYPERLINK l _Toc298580207 2激光調Q技術3 HYPERLINK l _Toc298580206 2.1激光基礎理論3 HYPERLINK l _Toc298580206 2.1.1 自發(fā)發(fā)射、受激發(fā)射、受激吸收3 HYP

4、ERLINK l _Toc298580206 2.1.2閾值條件4 _ HYPERLINK l _Toc298580208 2.2 Q-開關原理5 HYPERLINK l _Toc298580208 2.3 Q-開關技術7 HYPERLINK l _Toc298580206 2.3.1有源Q開關技術7 _ _ HYPERLINK l _Toc298580206 2.3.2無源調Q技術11 HYPERLINK l _Toc298580210 3激光二極管泵浦微芯片激光器14 HYPERLINK l _Toc298580211 3.1激光二極管技術14 HYPERLINK l _Toc298580

5、206 3.1.1激光二極管泵浦技術發(fā)展14 HYPERLINK l _Toc298580211 3.1.2激光二極管泵浦的優(yōu)勢15 HYPERLINK l _Toc298580211 3.1.3激光二極管的泵浦方式16 HYPERLINK l _Toc298580211 3.2激光二極管泵浦微芯片激光器發(fā)展概況19 HYPERLINK l _Toc298580207 4激光二極管泵浦的被動調Q微芯片激光器的模擬23 HYPERLINK l _Toc298580208 4.1被動調Q耦合率方程23 HYPERLINK l _Toc298580208 調Q耦合速率方程的數(shù)值模擬24 HYPERL

6、INK l _Toc298580213 結論29 HYPERLINK l _Toc298580214 到30 HYPERLINK l _Toc298580215 參考文獻31 HYPERLINK l _Toc298580216 附錄33 HYPERLINK l _Toc298580217 附錄A英譯中33 HYPERLINK l _Toc298580217 附錄B仿真程序部分源碼381 簡介近年來，二極管泵浦微芯片激光器已成為全固態(tài)二極管泵浦固體激光器（DPSSL）研究的熱點。本文首先從理論層面對這種激光進行了探索。從激光原理入手，依次分析了被動調Q技術以及用二極管泵浦的方法和好處。最后用Ma

7、tlab仿真Cr:YAG-Nd:YAG被動調Q微芯片激光器。1.1激光器發(fā)展簡史1917年，愛因斯坦首先提出并詳細分析了原子被激發(fā)時產(chǎn)生的輻射。他討論了輻射與分子之間的動量交換這一話題，并驗證了受激輻射的一個非常重要的性質：當分子被激發(fā)時，就會發(fā)生輻射，此時就會產(chǎn)生光子。這種光量子的性質非常特殊，其頻率、傳播方向、偏振方向等特性與輻射量子一致。這就是所謂的相干性1 ，它為激光鋪平了道路。 1928年，德國科學家萊德伯格對氖氣進行了彌散實驗，證明受激輻射確實存在。 1939年，聯(lián)盟科學家法布里坎特指出，受激輻射的存在可以通過做實驗來檢驗。他指出，要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉，必要條件是受激輻射，簡而言之，高

8、能級的粒子數(shù)量遠大于低能級的粒子數(shù)。 1951年，美國的珀塞爾在實驗中發(fā)現(xiàn)，在發(fā)夾型氟化物晶體中，用微波光譜的方法發(fā)現(xiàn)了核自旋的反轉分布。在這個實驗中，受激輻射出現(xiàn)了，而且它的頻率恰到好處。為 50kHz。這標志著人們經(jīng)過不懈的努力，終于掌握了受激輻射的方法。在大量前期研究成果的基礎上，微波頻譜領域的領軍人物湯斯一直在思考這樣一個問題：如何讓微波輻射源性能更好，使其線寬更窄，功率更小。高的。他嘗試了很多次，但都以失敗告終。最終，他選擇了采用諧振腔方式進行模式選擇的思路，最終激發(fā)、振蕩、放大。 1950年代，他和戈登。 Zeiger成功研制出一種基于受激氨分子產(chǎn)生輻射原理的放大器2 ，并成功研制

9、出第一批實用元件。到1955年，受激輻射振蕩器放大器的定義更加準確，新的活化介質不斷開發(fā)。 1956年，科學家成功研制出固態(tài)微波激光器，采用三能級方式實現(xiàn)連續(xù)工作。之后，唐斯和肖洛一起學習。面對諧振腔的問題，肖洛提出用FP干涉儀代替諧振腔。唐斯認為，這很關鍵，因為這種不需要的振蕩被控制住了，他相信可以制造這樣的激光器。 1958年12月，肖洛與湯斯共同研究并發(fā)表了紅外線與激光一文。這篇論文引起了強烈反響。此后，越來越多的實驗室加緊研究，不斷探索適用于激光的新材料和新方法，競相提出眾多設計方案?？茖W家 Maiman 一直致力于紅寶石作為材料的受激實驗研究。 1960年5月15日，他終于觀測到光激

10、發(fā)紅寶石的受激發(fā)射信號。經(jīng)過不懈努力，他終于研制出世界上第一顆固態(tài)紅寶石。激光。1.2激光器發(fā)展前景激光開辟了一個完全不同的世界，隨著第一批激光的使用，激光的研究迅速升溫，成為了一個熱門話題。激光學科已成為一門交叉學科。在軍事方面，激光在通信、目標跟蹤、高能沖擊等方面發(fā)揮了重要作用。在工業(yè)上，在二氧化碳激光器、半導體激光器、激光打印、光盤讀取、光纖等方面有很多應用。在醫(yī)療上，激光凝固器應用廣泛，在婦科、腫瘤科、眼科和其他部門。激光在人們生活的方方面面都發(fā)揮著重要作用。未來，激光將與其他學科緊密結合，發(fā)揮優(yōu)勢，越來越受歡迎。2 激光調Q技術1960年，TH Maiman成功研制出以紅寶石為泵浦材

11、料的激光器，這是激光器史上的一大進步。對于實際應用，迫切需要解決的問題是壓縮脈沖寬度、增加峰值功率等。 1961年，Hellwarth提出調Q的概念。這一年，他在紅寶石激光器上使用無源調Q技術成功地輸出了窄激光脈沖。很快，HWMocker 用同樣的方法成功地將激光脈沖的脈寬降低到了 10ns 以下。調Q技術日趨成熟，脈沖峰值功率不斷提高。這樣就得到了脈沖寬度的最小值（激光諧振腔的長度為，光速為，所以通過這種技術，我們一般最多只能輸出納秒級的激光脈沖）。2.1激光的基本理論2.1.1自發(fā)發(fā)射、受激發(fā)射和受激吸收1916年至1917年，愛因斯坦根據(jù)光的量子理論推導出普朗克公式。在這個計算推導中，他

12、提出了兩個非常重要的概念，對后來的研究產(chǎn)生了很大的影響，即受激輻射和自發(fā)輻射。他采用了一種新模型：光與物質相互作用的模型。在這個模型中，原子被設置為只有兩個能級，能級 2 和能級 1，如下圖 2.1 所示。原子從高能態(tài)2輻射到低能態(tài)1，從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，吸收能量。這個過程由自發(fā)發(fā)射光子和受激發(fā)射光子組成。原子被激發(fā)到高能級E2 = 2 * Arabic * MERGEFORMAT ，其狀態(tài)不夠穩(wěn)定，有向低能級躍遷的趨勢。即使沒有外部因素，高能級的原子也可能發(fā)生躍遷。如果沒有外部條件，原子從高能級躍遷到低能級有兩種方式。僅釋放熱能的躍遷稱為非輻射躍遷。光輻射形式的躍遷稱為自發(fā)發(fā)射躍遷。輻射光

13、子能量滿足玻爾條件：(2.1)照射下，如果滿足條件，處于低能態(tài)E1的原子受激吸收，吸收該光子，獲得能量，躍遷到高能態(tài)E2，如圖 = 2 * Arabic * MERGEFORMAT 2下面。 1(b)。同時，在光的受激吸收過程中，還有一個相反的過程，受激發(fā)射。這個過程需要光子的照射，光子必須滿足條件： ，那么高能級E = 2 * Arabic * MERGEFORMAT 2 的原子也會被外界能量的光子激發(fā)，從高能級E 2 躍遷到高能級 E = 2 * Arabic * MERGEFORMAT 2 。低能級E = 1 * Arabic * MERGEFORMAT 1 。然后原子輸出一個光子，該光

14、子具有與外來光子相同的特性。激光的產(chǎn)生是在接受激發(fā)和產(chǎn)生輻射的過程中產(chǎn)生的。如圖2.1(c)所示。圖 2.1 (a) 自發(fā)發(fā)射，(b) 受激吸收，(c) 受激發(fā)射2.1.2閾值條件從光子的角度來看，在能級E = 2 * Arabic * MERGEFORMAT 2和E = 1 * Arabic * MERGEFORMAT 1之間添加介質會使粒子數(shù)分布反轉。當自發(fā)輻射時，腔頻率為u的模式的光可以得到一個光子。當介質在這種狀態(tài)下的光子誘導下受到激發(fā)輻射時，會輸出一個光子，其性質與該光子的性質完全一致。這樣，在這種模式下，得到一個光子，它與更高能級的原子相互作用，發(fā)生受激發(fā)射，進而再次產(chǎn)生光子。通過

15、這樣一系列的雪崩反應，會輸出大量的光子，在量子態(tài)下，這些光子的性質是一致的。由此產(chǎn)生的光以頻率的形式，累積的光子數(shù)量越來越多。這就是激光生成的形成方式。腔內任何模式的光只有在至少有一個光子的情況下才能形成這樣的過程。激光閾值的另一個表達式可以表示為以下公式：(2.2)在同一個模態(tài)下，自發(fā)發(fā)射概率記為A = 21 * Arabic * MERGEFORMAT 21 /g，模態(tài)數(shù)記為g，在腔內，光子的壽命為，上式也可以寫成這樣的表達式：(2.3)2.2調Q原理調Q技術在激光研究史上打開了一扇新的大門，使激光能夠在很短的時間內輸出大量的能量，從而可以產(chǎn)生峰值功率非常高的脈沖，其峰值功率相近到普通的長

16、脈沖。功率有一個數(shù)量級的差異。脈沖激光的輸出由不規(guī)則尖峰形成，僅在閾值附近產(chǎn)生，寬度極窄。在這樣的一組脈沖中，峰值功率不會很大，因為激光輸出的能量已經(jīng)分散。一般來說，激光諧振腔的損耗很低，可以近似忽略，但是當光被泵浦時，反轉粒子的數(shù)量會增加。當數(shù)量達到一定水平時，激光就會振蕩。高能級粒子照射后，數(shù)量開始減少，這樣高能級反轉粒子的數(shù)量就不會很多了。由于這個原因，傳統(tǒng)激光器的峰值功率無法增加。因此，如果我們想要積累更多的高能級粒子，就需要改變激光的閾值，使高能級粒子反轉的最大數(shù)量不受限制。為了產(chǎn)生振蕩，激光的閾值需要滿足以下公式：(2.4)并且有一個關系：(2.5) 所以得到以下公式：( 2.6

17、)式中，模數(shù)表示為g ，自發(fā)發(fā)射概率表示為，光子在腔內的壽命表示為，品質因數(shù)可以用Q值表示，Q 值定義為以下公式：(2.7)其中是存儲在空腔中的能量，是每秒損失的能量。式中以中心頻率表示。空腔的能量積累用于儲存后的表達。光將在空腔傳播中丟失。每次傳播消耗的能量用于表示在一次傳播中，光會損失一定量的能量。我們分別用來表示諧振腔的長度、介質的折射率和光速。因此，光通過腔一次，持續(xù)時間為。光每秒損失的能量可以表示為。品質因數(shù)Q可以用以下公式表示(2.8)品質因數(shù)Q越小，能量損失越大。如果要提高閾值，可以通過降低 Q 值來實現(xiàn)。在調Q的操作中，首先存儲能量，然后通過光泵浦降低品質因數(shù)Q以減少激光振蕩的

18、產(chǎn)生。雖然活性介質可以儲存大量能量，但空腔會損失大量能量，閾值非常高，遠高于產(chǎn)生激光的臨界閾值。這將停止振動。在高能級，倒置粒子群大量積累。當品質因數(shù)Q變?yōu)楦咧禃r，積累的能量會在很短的時間內釋放出來，形成光脈沖。時間極短，介質儲存著巨大的能量，比普通的高出幾個數(shù)量級。通過一定的方法，當時間變化時，品質因數(shù)Q值發(fā)生變化。它隨著時間的推移定期變化。泵浦開始時，激光不能振蕩，因為Q值低，能量損失太大。此時，高能級粒子大量堆積。通過增加外部條件，例如增加激發(fā)功率，高能級粒子的數(shù)量會大量積累。隨著時間的推移，當高能級粒子數(shù)達到最大值時，Q值增大，使閾值也突然減小，產(chǎn)生強烈的激光振蕩。發(fā)生躍遷，較高能級的

19、粒子躍遷到較低能級。此時，激光脈沖的峰值功率會非常高。從圖 2.2 可以看出，經(jīng)典的調Q脈沖產(chǎn)生時序3 ，激光只能在高Q 腔中產(chǎn)生。在閃光燈泵浦脈沖結束時，如果有很多粒子反向，當達到峰值時，相應的Q值將達到最大值。這時，會有一個Q開關的脈沖。如下所示。許久后，輸出激光脈沖。該圖顯示了燈的輸入電流、諧振器耗散的能量、反轉種群和光子通量隨時間的變化。到目前為止，我們一般使用兩種調Q方式：一種是主動的，一種是被動的。有源型可細化為幾種方法：電光調Q法、鏡面調Q法、聲光調Q法。被動調Q可細化為：色心晶體調Q法、Cr晶體調Q法、染料調Q法。圖 2.2 調Q脈沖的形成過程2.3調Q技術2.3.1 有源調Q

20、技術主動調Q技術的概念是人們通過某種物理手段控制激光腔的能量損失。因此，Q 值會發(fā)生變化。(1) 轉鏡調Q這是一種物理調Q方法。這種方法是通過阻擋光的通過或通過使腔鏡未對準來實現(xiàn)的。當閃光燈脈沖快要被切斷時，如果激光棒中有很多能量，它可以有一個很高的品質因數(shù)Q，可以使激光輸出一個脈沖。如下圖 2.3 所示，一個快速旋轉的全反射棱鏡和輸出鏡共同形成一個諧振腔4 。只有當腔體處于高Q值且棱鏡與反射鏡相對時，才能輸出激光。另外，不能產(chǎn)生振蕩，此時的Q值很低，自然不能輸出激光。圖2.3 旋轉棱鏡調Q紅寶石激光器示意圖轉鏡調Q操作不復雜，成本低。但是，也有一些缺點。一旦速度不符合要求，就會產(chǎn)生多個脈沖序

21、列，噪聲大，可靠性不強，容易出現(xiàn)故障。這些缺點使得人們采用聲光調Q技術。(2)聲光調Q通過在諧振腔中放置介質，可以形成 Q 開關。這種介質需要滿足對激光波長透明的條件。這種介質經(jīng)過特殊處理，一側有一個轉換器，它是一塊壓電片。在聲光晶體中，使用這種轉換器可以輸出超聲波振蕩。聲光介質插入激光器的諧振腔，介質需要對激光波長透明。換能器連接在聲光介質上，換能器由壓電片制成，使晶體發(fā)生超聲波振蕩5 。如下所示：圖 2.4 聲光 Q 開關光介質會因超聲波的作用而發(fā)生變化，而且這種變化是周期性的。因此，方向的變化也是周期性的。如果條件得到很好的控制，這種變化可以用來產(chǎn)生光柵效應。這時，衍射和散射就會對其產(chǎn)生

22、干擾。這種效應會導致相應部分的入射光溢出腔體，Q值就會變低。粒子會聚，在高能級會越來越多。換能器關閉，諧振腔的Q值恢復到之前的水平，得到激光輸出。這種調制方式有很多優(yōu)點，最重要的是能量等損耗低。但也會有一些其他的干擾因素。例如，在傳播過程中，聲波在介質中的傳播速度會降低，因此應用條件也會受到限制。 .使用帶有壓電換能器的激光器，能量被轉換，電能被轉換成超聲波能量。超聲波通過 Q 開關注入到石英體中。斷開電壓，激光器恢復到更高的 Q 狀態(tài)。如果熔融石英不通過，即透射率較高時，激光在沒有超聲波通過時會輸出脈沖69 。(3) 電光調Q電光調Q技術是目前應用最為廣泛的技術。電光效應非常快，可以用特定的

23、晶體制作電控快門，速度非?？?。如下圖 2.5 所示10 ，該設備配備了一個電光盒。閃光燈工作時，給電光盒加一個電壓，數(shù)值為，經(jīng)過偏光片后，偏光發(fā)生變化。從線性轉換為圓形。輻射被反射后，再次通過電光盒，經(jīng)過一段時間的延遲后，變成角度偏轉90度的線偏振光。光反饋會對實驗產(chǎn)生影響，但是這種輻射會通過偏振器，因此可以避免這個因素。當脈沖即將消失時，切斷電壓以避免偏振光的消耗。經(jīng)過這樣一個過程，諧振腔會發(fā)生振蕩，經(jīng)過短暫的延遲后，就會有脈沖輸出。在(b)中，為了達到光束傳輸?shù)哪康?，需要對光電箱施加電壓。這種Q開關由這種脈沖控制。偏光片中間有一個電光盒。與之前的結構一致，如果偏振光從介質中輸出，則不再需要

24、偏振片。在沒有電壓的情況下，偏振器不會改變，此時 Q 值最小。一段時間后，在電光盒上加一個值的電壓，會使光束發(fā)生變化并旋轉一定的角度，準確地說是90度，使光束剛好通過檢偏器。隨后的連鎖反應一個接一個地發(fā)生，將通過分析儀和電光箱。它將再次旋轉 90 度。經(jīng)過這樣一個過程，光束已經(jīng)旋轉了180度，可以準確地通過。電光調Q具有響應速度快、調Q時序控制好、脈寬極窄、峰值功率極高等優(yōu)點。圖 2.5 (a) 電光 Q 開關工作在/4，(b) 在/2 延遲電壓被動調Q是一種在具有某些特定可飽和吸收體的激光器上自動改變Q值的方法。無源 Q 開關是填充有有機染料或摻雜晶體的光學器件。隨著能量的增加，光學器件會越

25、來越飽和，透明度會越來越高。當能量密度達到一定的高值時，材料就會飽和，透光率會比較高?？娠柡臀掌髦械钠走^程僅基于光譜躍遷的飽和度而發(fā)生。2.3.2 無源調Q技術利用可飽和吸收體的特性來改變 Q 值。當諧振腔的光強增加，達到一定程度時，可飽和吸收體變得透明，透光率非常高。在光譜躍遷的基礎上，可飽和吸收體產(chǎn)生“漂白”。如果在諧振腔中放置高吸收率的材料，激光的振蕩會大大降低，Q 開關會關閉。當介質中倒置粒子數(shù)增加，光通量迅速增加時，無源Q開關將達到飽和狀態(tài)11 。諧振器中的損耗下降，Q 開關脈沖增加。調Q由激光輻射本身激活，無需外加電壓等。與傳統(tǒng)激光器相比，激光二極管泵浦的無源調Q激光器具有諸多

26、優(yōu)勢。優(yōu)點如下：(1) 典型的腔長在毫米、亞毫米量級，甚至可以低至皮秒級，很容易產(chǎn)生單縱模激光器。(2)系統(tǒng)體積小，可達毫米量級。(3)設計簡單，調整方便，維護方便。在實際應用中，一些領域需要穩(wěn)定的輸出，其穩(wěn)定性較差，因此不能廣泛使用。的透過率與能量密度的關系：厚度為2.65mm的YAG吸收體為了提高耐用性和可靠性，采用了兩種方法，一種是摻雜吸收離子，另一種是添加色心?，F(xiàn)在使用最廣泛的材料是Cr ：YAG。 Cr離子在激光的波段內有較大的吸收面積，可以很好地被吸收，吸收殘差很小的YAG晶體的物理化學性質非常穩(wěn)定。吸收帶寬高，摻雜度高，導熱系數(shù)高，性能非常好。這樣一來，無源調Q固態(tài)激光器的性能和

27、效率得到了很大的提高，因此得到了廣泛的應用?？娠柡臀詹牧峡梢杂孟聢D中的能級結構表示，其中躍遷發(fā)生在能級1-3。 32能級躍遷非?？臁Ｖ挥谢軕B(tài)的吸收截面很大，所以適合作為調Q材料。同時，上能態(tài)2級的生存時間必須足夠長，以消耗大量處于基能態(tài)的粒子。如果光通量不足以耗盡基態(tài)能級，則激光腔中的吸收體將不會傳輸激光輻射。相反，如果粒子的數(shù)量達到一定數(shù)量，吸收體就會變得透明?？娠柡臀阵w的能級圖如圖 2.7 所示。對于可飽和吸收體，其吸收系數(shù)如下，與光強有關12 。速率方程如下：(2.9)其中是小信號吸收系數(shù)，是飽和能量密度，(2.10)用能級13躍遷的吸收截面來表示。圖 2.7 A 是基態(tài)和激發(fā)態(tài)的

28、吸收， B 是激發(fā)態(tài)的吸收，激發(fā)態(tài)的壽命記為t可飽和吸收體的參數(shù)如下：初始透射率是使可飽和吸收體透明的能量密度，將可飽和吸收體漂白后，可以得到小信號的透射率：(2.11)指示了可飽和吸收體的厚度。用基能態(tài)粒子的密度來表示。在可飽和吸收介質中，不同位置的光通量和粒子密度也不同。因此，為了計算能量密度作為參數(shù)的透射率，需要考慮這兩個因素。理想情況下，可飽和吸收體對應不同的入射光能量，透射率可表示為：(2.12)近似地，如果和，上式可以分別簡化為sum 。然而，在實際應用中，即使調Q材料在基態(tài)能表現(xiàn)出飽和特性，由于光子會被激發(fā)的原子吸收，仍無法實現(xiàn)完全透射。從上圖2.7可以看出，能級2躍遷到能級4，

29、躍遷對應于能量?；鶓B(tài)粒子的數(shù)量逐漸減少和耗盡，能級2和4之間的吸收會增加。當基態(tài)達到飽和時，激發(fā)能態(tài)將被吸收，激光腔將有剩余損耗。3 激光二極管泵浦微芯片激光器1960年代，固態(tài)激光器發(fā)展迅速。由于效率低和熱效應，傳統(tǒng)的燈泵浦固態(tài)激光器尚未得到深入發(fā)展。隨著研究的深入，在1980年代后期，出現(xiàn)了帶有全固態(tài)激光二極管的固態(tài)激光器。這種激光器具有效率高、使用壽命長、可靠性好等優(yōu)點。全固態(tài)激光器廣泛應用于各個領域。發(fā)展最快的是二極管泵浦微芯片激光器，它是激光器的一個重要發(fā)展方向。所有微芯片激光器都可以保證輸出單頻理想光束，即高斯光束。由于微芯片激光器諧振腔截面平坦，腔長不長，激光器結構不復雜，成本低

30、廉，發(fā)展前景很好。3.1激光二極管泵浦技術激光二極管泵浦固體激光器是指以激光二極管為激發(fā)源，對激光晶體進行泵浦的固體激光器。與傳統(tǒng)閃抽相比，優(yōu)勢明顯。工作效率高、體積小、激光輸出性能好、使用壽命長，使其成為固態(tài)激光器的重要發(fā)展方向之一。3.1.1激光二極管泵浦技術發(fā)展1960年，紐曼首先提出了激光二極管泵浦固態(tài)激光器的想法，隨后通過不斷的實驗研究，終于在1962年生產(chǎn)出激光二極管，這也是世界上最早的激光二極管13 。由于激光晶體（Nd摻雜）的輸出波長與吸收帶吻合良好，理論上可以制造出泵浦效率高、體積小、使用壽命長的激光器。 1964年，美國林肯實驗室14首次實現(xiàn)了激光二極管泵浦激光。 1968

31、 年，McDonnell Douglas 成功操作了二極管泵浦 Nd: YAG 激光器15 。 1971 年，Qstermeys 16聲稱使用二極管泵浦來獲得功率為 1.4 mW、寬度為 1064 nm 的激光器。早期，二極管必須在液氮下工作，主要用于實驗。在這一時期，二極管泵浦激光器還不成熟，采用同質結結構，效率低，波長范圍小17,18 。隨著研究的深入，激光二極管可以在室溫下工作，而不必在液氮下工作，但性能不完善，輸出功率和效率都比較低19,20 ，無法進入市場。1980年代以后，物理、化學等基礎科學的進步也推動了激光的發(fā)展。特別是分子束外延、金屬化學氣相沉積等技術的快速發(fā)展，以及量子阱結

32、構等技術的發(fā)展，使得降低閾值電流成為可能。這樣，二極管的輸出功率和轉換效率大大提高，波長范圍變寬，使用時間也大大增加。再加上微通道制冷21技術的發(fā)展，大功率激光器成為可能。降低了成本，降低了價格，有的已經(jīng)進入市場，被人們廣泛使用。Lawrence Livermore 實驗室 (LLNL) 使用微通道冷卻激光二極管陣列成功輸出 70W、273W、1050W 的功率來泵浦 Nd:YAG 晶體板。 OPC生產(chǎn)的60W一體化光纖耦合器已經(jīng)進入市場，麥道公司的峰值350kW的激光器也得到了廣泛應用。二極管的快速發(fā)展帶來了新型固態(tài)激光材料和二極管泵浦技術的繁榮。全固態(tài)激光二極管已經(jīng)應用到各行各業(yè)，在DPS

33、SL鎖模操作22,23單頻操作24和變頻25方面取得了長足的進步，實際應用。3.1.2 激光二極管泵浦技術優(yōu)勢（一）提高工作效率與傳統(tǒng)閃光燈的發(fā)射帶相比，激光二極管的發(fā)射帶在 808 nm 處與釹吸收帶在光譜上非常匹配，從而產(chǎn)生高泵浦速率。從表面上看，激光二極管的輻射輸出能量與輸入能量相比只能達到25%-50%，即效率，而閃光燈的輻射輸出能量與輸入能量相比可以達到70% ，即轉化效率。激光二極管的效率遠低于手電筒。但釹的吸收帶不同，它只能吸收極少部分的燈輻射能，激光二極管可以自行選擇輸出波長。 .(2) 延長組件的壽命在連續(xù)工作狀態(tài)下，激光二極管陣列可使用10 4 h，可產(chǎn)生10 9 個脈沖。

34、連續(xù)工作時，閃光燈可使用500h，并可產(chǎn)生子脈沖。因此，二極管泵浦固體激光器比手電筒泵浦激光器具有很大的優(yōu)勢。該系統(tǒng)具有更長的壽命和更高的可靠性。(3) 提高光束質量將激光二極管泵浦固體激光器的發(fā)射光譜與長波長釹吸收帶的光譜進行適當匹配，將減少激光材料的累積熱損失，從而降低熱透鏡效應，提高光束質量。此外，如果合理利用激光輻射的方向性，泵浦輻射的光譜與低次模的光譜將很好地匹配，可以輸出非常亮的激光。(4)提高脈沖重復率準連續(xù)激光二極管不僅可以像傳統(tǒng)閃光燈那樣具有較低的重復率，而且可以像連續(xù)弧光燈一樣連續(xù)工作。帶有這種二極管的固態(tài)激光器可以在幾百赫茲到幾千赫茲的重復頻率下工作。(5) 有益健康激光

35、二極管泵浦系統(tǒng)避免了高壓脈沖、高溫和無紫外線輻射，因此對健康沒有影響。由于燈泵系統(tǒng)會產(chǎn)生紫外線，導致泵腔和冷卻水衰減，系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行。激光二極管泵浦激光器不發(fā)射紫外線輻射，也不存在這些問題。（六）良好的發(fā)展空間激光二極管輸出的光束是定向的，其發(fā)射角很小，為這種條件下的新型激光器開辟了道路。可以通過改變機制和設計配置來設計末端泵浦系統(tǒng)、微芯片激光器和光纖激光器。(7) 實用性和兼容性強大多數(shù)由激光二極管泵浦的材料都可以用閃光燈代替二極管來泵浦。然而，許多非常有用的材料，如 ND:YVO 4 、 YB:YAG和 Tm:YAG 只能由激光二極管泵浦。3.1.3 激光二極管的泵浦方式佳明按一定比例生

36、產(chǎn)的二極管可以輸出接近800nm的波長。該二極管適用性高，與多種激光發(fā)射離子的強吸收帶匹配良好。特別是，這種二極管陣列能夠產(chǎn)生與各種基質材料中鐵的吸收帶相匹配的光譜，寬度為 3-4 nm。這種完美匹配使泵浦源能夠高效地產(chǎn)生倒置粒子群，并且二極管陣列輸出具有方向性，可以將泵浦輻射高效傳輸?shù)矫芗詈辖Y構的材料上，或者使用光學系統(tǒng)將泵浦輻射傳輸?shù)絺鬏數(shù)皆鲆娼橘|。部分二極管泵浦源具有相干特性。一是產(chǎn)生的聚焦光斑小，二是可以調整以匹配諧振腔的模式。與閃光燈相比，二極管在光譜特性和空間特性上具有明顯優(yōu)勢。二極管的泵浦源具有較高的泵浦輻射傳輸效率，泵浦區(qū)與諧振腔的空間重疊較大。根據(jù)二極管激光束的輸出來劃分，

37、二極管有兩種泵浦方式。一種是端抽，另一種是側抽。在側面泵浦結構中，二極管陣列應與激光棒或激光板同向，泵浦方向應與激光腔模的傳播方向垂直。在端面泵浦結構中，可以利用激光二極管優(yōu)異的空間和光譜特性來設計泵浦輻射的方向，使其經(jīng)準直、縱向聚焦，最后在與激光材料相同的水平線上會聚。諧振器。中間。(1) 端面泵送低功率激光二極管泵浦激光器的常用方法是末端泵浦。該二極管系統(tǒng)體積小，布局緊湊。此外，二極管激光器可以通過其自身的耦合系統(tǒng)很好地注入固體介質中。這種端部泵浦二極管激光器發(fā)出的激光聚焦在激光棒的端面上，形成一個光點。選擇適當?shù)慕M件，使光斑尺寸與諧振器的 TEM 00模式一致。因此，這種結構可以非常有效

38、地利用激光器發(fā)出的能量。這種端部泵浦激光器在結構上是縱向的，激光器的激活部分與 TEM 00模式體積很好地匹配。即使沒有孔徑光闌，這種激光器也可以輸出基模。模式匹配越好，激光器的設計就越復雜。 Sipes 26設計了如下圖所示的激光器結構。這種結構的二極管可以輸出功率為200mW、波長為808nm的激光。光學器件耦合后，經(jīng)過聚焦，最終發(fā)射到端面。平凹鏡結構的腔體泵端面涂有高反射膜。高反射膜的波長為1064nm，反射率非常強，反射率可達90%以上。圖 3.1 LD 端泵浦激光振蕩器此類系統(tǒng)產(chǎn)生 TEM 00模式，通常非常有效。端部泵浦激光器結構簡單，泵浦區(qū)域和 TEM 00激光模式之間有良好的重

39、疊，從而提高了效率。這種泵浦方式的固體激光器在固體棒（或片）的正面鍍上一層雙色膜，使固體激光振蕩的波長完全折疊，波長為泵浦光幾乎無損耗地傳輸；輸出表面對于所需的固態(tài)激光波長具有適當?shù)耐干渎?。目前，越來越多的激光介質適用于這種結構的激光器。例如：Nd 3+ : Bel, Nd 3+ : YAG 以上材料的光譜并不一致，關鍵影響激光的閾值和斜率效率。隨著研究的深入，目前激光器的端面可以摻雜各種元素來提高激光器的性能，如Ho、Tm、Yb、Cr。上面提到的大多數(shù)激光器都是片狀或棒狀的，唯一的例外是光纖激光器?，F(xiàn)在，越來越多的單模光纖激光器進入了人們的視野。此類激光器孔徑小，閾值低，因此能量利用率非常高

40、。隨著二極管泵浦技術的飛速發(fā)展，各種結構新穎、功能更完善、性能更優(yōu)的激光器大量涌現(xiàn)。(2) 側抽高功率二極管激光器需要使用固態(tài)陣列激光器進行橫向泵浦。結構如下：圖 3.2 LD 側泵浦固體激光器實驗裝置側面泵浦二極管陣列具有廣泛的應用。通過僅耦合，二極管陣列被布置在介質上。四十個激光二極管子陣列構成一個激光二極管，五個1cm長的脈沖激光二極管構成泵浦陣列。當二極管陣列的最大額定電流為80A時，一些參數(shù)如下：單脈沖能量為500mJ，脈沖寬度為200s ，譜線寬度約為4nm。由于結構的原因，泵浦有源區(qū)位于棒和片之間的邊界，不能很好地與 TEM 00模式體積耦合。因此，多模式將提高工作效率。3.2

41、激光二極管泵浦微芯片激光器發(fā)展概況微芯片結構非常精細，諧振腔面平整，腔長短，因此整個系統(tǒng)體積小，成本低，輸出性能好，輸出為單頻，是一種高斯光束，具有良好的特性和廣闊的發(fā)展前景。目前激光研究的重點是提高功率，二是優(yōu)化結構，使其更簡單。與棒狀和片狀介質相比，微芯片具有很強的優(yōu)勢，用微芯片代替它們也是一個研究熱點。1980 年代，開始了對單頻激光器的研究。其中以Nd 3+ : YAG材料制成的微芯片激光器的發(fā)展尤為迅速。 Nd 3+ :YAG的兩端面均鍍有光學薄膜，形成激光諧振腔，從而形成由激光二極管泵浦的微芯片激光器。這樣，諧振腔的腔長就會減小，有利于單縱模的輸出，激光器的體積也會相應減小。3+：

42、YAG作為增益介質，泵浦光的吸收率必然降低。解決這個問題的方法有兩種，一是使泵浦光吸收兩次，可以通過鍍一層反射膜來實現(xiàn)，二是提高泵浦效率，可以通過增加功率或增加功率來實現(xiàn)。 YAG中的Nd 3+。達到摻雜濃度。圖 3.3 1.064 Nd 3+ : YAG 微芯片激光器1989年，林肯實驗室利用摻有1.1Wt% Nd 3+的Nd 3+ : YAG微芯片激光器多次提高泵浦功率，并成功觀察到單縱模輸出，分別達到1.06 m和1.3 m。 m Nd 3+ ：YAG 微芯片激光器27 。它們在輸入端表面涂有反射膜，可以透射光束，輸出端表面也涂有反射膜，以反射泵浦光。接下來，他們研究了 1.064 m

43、Nd 3+ : YAG 激光器的頻率調諧性能28 。通過施加應力改變極化方向，使其平行于 Nd 3+ : YAG 的腔長，進而影響輸出的頻率。本實驗中使用的微芯片尺寸為 0.65 mm 1.0 mm 2.0 mm。獲得輸入功率為2030mW的泵浦光，獲得12mW的單頻光束。當對PZT施加1000V左右的電壓時，調制頻率為080kHz時，調頻速度為30.3MHz/V。如果頻率增加到 80kHz 1.0MHz，則相應的 FM 頻率變?yōu)?1.5MHz/V。如果繼續(xù)增加頻率，頻率調制的速度將變?yōu)?13.2 MHz/V。1990 年，英國研制出一種半外腔激光器。這種二極管泵浦 Nd 3+ : YAG 微

44、芯片激光器可以調諧到 1.3m 的單一頻率。該激光器的參數(shù)如下：晶體尺寸為3mm 0.7mm，腔長為1.57mm，泵浦閾值為100mW，最大功率為10mW。一個端面是輸入鏡，輸出鏡是耦合的。 PZT控制耦合鏡和電壓，最大電壓為1000V，可獲得120MHz/V的頻率調制率，變化范圍為120GHz。圖 3.4 可調 1.3m 單頻 LD 泵浦 Nd 3+ ：半外腔結構的 YAG 微芯片激光器1991年，英國科學家利用FP穩(wěn)頻的特性來調整腔長來研究二極管泵浦。Nd:YAG 微芯片激光器的穩(wěn)定性。選擇的頻率是 1.3m 的波長。不穩(wěn)定時譜線寬度為5 MHz，穩(wěn)定后譜線寬度減小到88 kHz。1992

45、年，林肯實驗室采用1.32m Nd 3+ : YAG微芯片，系統(tǒng)尺寸為lmm lmm lmm來研究頻率，通過改變功率來觀察頻率變化。增加功率會改變增益介質的溫度，進而改變折射率和腔的長度。研究表明，電壓變化 10mV 后，功率變化 8mW。1992年，為了提高實驗初期泵浦燈的效率，貝爾實驗室生產(chǎn)了Nd 3+ :YCeAG激光器，Nd 3+摻雜率為3%。為了提高Nd 3+的摻雜水平，需要降低泵浦閾值。該款1.06m單頻二極管泵浦激光器的參數(shù)如下：腔體為540m，泵浦波長為0.809m。特別是，當溫度為 220C 時，對應的泵浦閾值為 43mW。溫度每升高 1C，波長變化 1.2nm?？梢垣@得18

46、0GHz的調整范圍。系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性好。使用具有0.5 mm腔長并摻雜1.8 wt% Nd 3+ 的二極管泵浦微芯片激光器進行實驗，以探索電光頻率調制。泵浦光為810nm，輸出光為1.064m，泵浦閾值尺寸為100mW，效率為10%。當泵浦功率值達到閾值的數(shù)倍時，可以輸出10mW的單縱模偏振。這種激光器的結構如下圖 3.5 所示。圖 3.5 電光調諧微芯片激光器諧振腔由Nd 3+ : YAG微芯片和電光晶體組成。對電光晶體施加壓力會顯著改變晶體的折射率。最后，當電壓為1kV左右時，調頻率為14MHz/V，調頻范圍為01.3GHz，范圍可達30GHz。1994年，美國寶麗來公司與貝爾實驗室合作研究

47、了1.3m二極管泵浦Nd 3+ : YAG微芯片激光器的特性。單片Nd 3+ ：采用助熔劑法生長YAG，Nd 3+摻雜濃度為4.24.5%。腔長為 450 m ，是一個平行平面腔。泵浦光波長為 0.81 m 。用一個 1W 激光二極管泵浦產(chǎn)生 120mW 的輸出，用兩個激光二極管泵浦產(chǎn)生 210mW 的輸出。1994年和1995年，德國科學家研制出一種新型激光器，這種雙頻二極管泵浦Nd 3+ : YAG微芯片激光器可應用于外差干涉儀進行速度測量。目前，激光二極管泵浦Nd 3+ :YAG微芯片激光器顯示出巨大優(yōu)勢，成為熱門話題。隨著研究的深入，這類激光器的性能將大大提高。4.二極管泵浦被動調Q微

48、芯片激光器的仿真研究在前面的章節(jié)中，我們研究了激光調Q技術，分析了激光二極管泵浦微芯片激光器的基本結構，泵浦技術的發(fā)展和優(yōu)勢。首先，通過分析無源調Q激光器的理論，得到一些相互作用關系。其中，諧振腔中光子數(shù)的密度、反轉粒子數(shù)的密度、飽和吸收體中反轉粒子的密度是常見的變化。的。微芯片激光器的摻雜濃度很高，諧振腔的長度也不長。接下來，我們將使用Matlab來模擬被動調Q微芯片激光器的特性。接下來，我們將討論和研究可飽和吸收體在激發(fā)態(tài)的吸收，得到CW激光二極管泵浦的被動調Q微芯片方程。這個方程是耦合的，根據(jù)上述過程，分析了這個無源調Q的過程。4.1 被動調Q耦合率方程無源調Q的脈寬很窄，泵浦源的影響很

49、小，可以忽略不計。那么可以得到下面的等式。該方程是無源 Q 開關方程。這是可飽和吸收體在一般情況下處于激發(fā)態(tài)的情況：(4.1)上式中，以下參數(shù)，光子數(shù)、反轉粒子數(shù)、基態(tài)粒子數(shù)、激發(fā)態(tài)粒子數(shù)、可飽和吸收體總數(shù)的密度用 表示， , , , 分別。截面的表示有幾種形式：基態(tài)的可飽和吸收體，激發(fā)態(tài)，增益介質被激發(fā)后的截面，分別為, , ,來代表。增益介質、沿諧振器中心軸的可飽和吸收體、等效光路長度分別用、表示。用激光腔的耗散損耗來表示，用輸出鏡的反射率來表示。是光速；用光在腔內往返的時間來表示；反演因子寫為，1對應四能級系統(tǒng)，2對應三能級系統(tǒng)。為了研究連續(xù)脈沖的情況，使用了 Q 開關速率方程，該方程適

50、用于激發(fā)態(tài)的狀態(tài)。在連續(xù)泵送的情況下，當可飽和吸收體吸收時，獲得以下關系表達式。該方程組考慮了影響因素，例如泵浦速度、增益矩陣上處于高能級的時間長度以及可飽和吸收體返回其初始狀態(tài)所需的時間。(4.2)在上述等式中，泵送速率表示為；表示增益介質的總粒子密度；表示增益介質處于高能級的時間長度；可飽和吸收體返回其原始狀態(tài)所需的時間表示為。根據(jù)上述公式，與實際情況有所不同。在實際情況下，通常會增加晶片的摻雜濃度，從而增加增益介質的最大粒子反轉數(shù)。因此，加入泵送項因子來模擬實際情況29 。4.2被動調Q耦合速率方程的數(shù)值模擬將數(shù)值代入上述耦合方程，模擬無源調Q脈沖的輸出。不同的參數(shù)值給出不同的結果。對連

51、續(xù)泵浦下調Q脈沖序列建立過程的耦合方程組進行仿真，可以看出參數(shù)不同時輸出的是無源調Q脈沖。通過查閱文獻，結合實際情況，可以得到微芯片激光器物理量系數(shù)的典型值。 Nd 3+ : YAG 和Cr 4+ : YAG的折射率分別表示為sum 。通過MATLAB編程，求解微芯片激光器對應的速率方程，模擬出光子數(shù)密度、反向粒子數(shù)密度和基態(tài)粒子數(shù)密度隨時間變化的曲線。下表顯示了各種物理量的系數(shù)的典型值。表4.1各種物理量系數(shù)的典型值物理價值典型值單元物理價值典型值單元5.4 10-2328.7 10-2322.2 10-2321.6810 2631.821.800.021毫米7501毫米31在MATLAB中

52、調用函數(shù)ode45()，用于求解常微分方程的初值問題。將上表中的參數(shù)值代入上述方程，連續(xù)泵浦無源調Q速率方程，求解數(shù)值，程序源碼見附件。運行程序得到被動調Q的仿真，如下圖。從圖中可以看出，在被動調Q過程中，可飽和吸收體中的光子數(shù)密度、反演粒子數(shù)密度和基態(tài)粒子數(shù)密度都會隨著時間的增加而變化。圖 4.1 無源調Q仿真分析結果MATLAB中可以調用plotyy()函數(shù)，所以現(xiàn)象比較明顯。隨著時間的變化，被動調Q過程中的光子數(shù)密度和反演粒子數(shù)密度繪制在同一張圖中。可以看出，在這個過程中，新脈沖的產(chǎn)生會伴隨著增益介質的粒子數(shù)密度反轉。急劇下降。圖 4.2 被動調Q中光子數(shù)密度和反演粒子數(shù)密度隨時間的變化

53、讓我們放大看看情況。在同樣的過程中，可以觀察到隨著時間的增加，反轉的粒子數(shù)和光子數(shù)不會保持不變，而是會發(fā)生變化。我們可以放大第四個光脈沖的產(chǎn)生，可以得到更清晰的畫面，如圖 4.3 所示。從這個圖中可以看出，我們可以將被動調Q過程中激光脈沖的產(chǎn)生分為幾個階段：(1)自發(fā)發(fā)射可以在激光腔內提供光子，光子數(shù)的密度不大（數(shù)值模擬程序中設置為1）。隨著時間的增加，反演粒子數(shù)密度也隨之增加。(2)隨著時間的增加，反演粒子數(shù)密度越來越大。當?shù)谝粋€方程右邊大于零時，出現(xiàn)脈沖，光子數(shù)密度繼續(xù)增加。這樣，方程中的第二個和第三個方程右邊會小于零，即反演粒子數(shù)的密度和基態(tài)粒子數(shù)的密度會發(fā)生變化，會減少.(3) 當諧振

54、腔中的光子數(shù)密度逐漸增大時，可飽和吸收體的基態(tài)粒子數(shù)密度最終隨著反演粒子數(shù)密度的減小而減小，恰好使耦合方程(4.2)中第一個方程的右邊) 等于零時，此時激光腔內的光子數(shù)密度將最大。(4) 光子數(shù)的密度開始減小，但脈沖仍然存在，因此反演粒子數(shù)的密度仍然極度減小。當式（4.2）中二階微分方程的右邊在泵浦率的作用下變?yōu)榱銜r，增益介質的反人口密度將減小到最小值。(5)接下來，隨著時間的增加，增益介質的反演粒子密度逐漸減小，最終達到最小值，整個激光脈沖過程結束。圖 4.3 激光脈沖產(chǎn)生過程中光子數(shù)密度和反轉粒子數(shù)密度隨時間的變化運行上述代碼，繼續(xù)代入數(shù)值，進行仿真?？梢钥闯?，被動調Q激光脈沖的重復頻率等

55、于脈沖寬度。編寫程序在MATLAB中運行，可以確定激光脈沖峰值的位置（光子數(shù)密度），繼續(xù)仿真分析，可以得到重復頻率、脈沖寬度等數(shù)值。程序代碼見附錄。仿真后，可以獲得多個重疊激光脈沖的圖像，見圖 4.4。從圖中可以得出，它與數(shù)值計算得到的激光脈沖波形的形狀基本一致。從MATLAB命令窗口可以得到脈沖重復頻率的頻率值為670.66Hz，激光脈沖寬度（FWHM）為95.899ps。圖 4.4 數(shù)值計算得到的多個激光脈沖波形的疊加綜上所述聯(lián)合國將2015年定為國際光年，希望引領人們認識光學領域多年來取得的重要成就。在很多很多問題中，光學都發(fā)揮了巨大的作用。在未來的發(fā)展中，光學將在能源、公用事業(yè)、教育等

56、領域發(fā)揮重要作用。 21世紀是信息時代，信息科學和信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，尤其是光電信息領域。光波導和激光器是目前非常重要的兩個研究類別。激光是在生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下產(chǎn)生的。一進入大眾視野，就獲得了飛速的發(fā)展。新技術的使用使激光能夠在公共生活中發(fā)揮重要作用。激光二極管泵浦的無源調Q微芯片激光器在遙感測量、公共設施、醫(yī)療外科、環(huán)境等諸多領域具有廣闊的應用前景。本文通過理論仿真研究了無源調Q微芯片激光器的特性，分析了無源調Q過程以了解其特性。論文第一章首先概述了激光的發(fā)展概況，介紹了激光的基本理論，并詳細分析了激光的吸收和光學增益。本文第二章介紹了激光調Q的原理，給出了有源調Q和無源調Q的方法。本文

57、第三章介紹了激光二極管泵浦微芯片激光器。介紹了該激光器的基本結構和具體的泵浦方式。最后，展示了近年來的發(fā)展概況。本文第四章使用Matlab在Windows平臺下進行仿真。仿真顯示了不同參數(shù)下被動調Q脈沖的輸出、調Q過程中的光子數(shù)、增益介質反轉粒子數(shù)密度、可飽和吸收體基態(tài)粒子數(shù)。密度隨時間的變化與激光脈沖的產(chǎn)生過程、脈沖的重復頻率和脈沖寬度有關。通過數(shù)值計算得到的激光脈沖波形的形狀大致相同。本文對被動調Q的方法進行了深入研究，但仍有許多問題值得研究。下一步的研究工作包括：二極管泵浦激光器可靠性的研究，提高激光器效率的新型激光激發(fā)方法的研究。至四年的大學學習生涯即將結束。值此答辯之際，向母校和老師

58、們表示衷心的感謝！在此，首先對黃立群先生表示衷心的感謝。本文的選題和課題研究是在黃老師的指導下完成的。在黃老師耐心細致的指導下，我完成了這篇文章。黃老師勤奮的學業(yè)態(tài)度和認真負責的生活態(tài)度深深地感染了我，對我以后的工作學習有很好的指導作用。同時，我還要感謝所有在大學四年里教過我的老師們。是你們教會了我專業(yè)知識，實踐了實踐技能和其他專業(yè)技能，培養(yǎng)了正確的學習方法和良好的思維方式。老師們以身作則，我耳目一新，在這些言行中也感受到了濃厚的學術氛圍，符合做人的道理。當我們在學習和生活中遇到困難時，老師們從不覺得無聊，而是以認真的態(tài)度一一解答。老師也是老師和朋友。培養(yǎng)對社會有用的人！同時，我也要感謝同學們

59、對我的有益建議和意見，讓我更快的了解學習方法，感受同學們在生活中給予幫助的溫暖。在他們的支持、鼓勵和幫助下，我能夠充分利用四年的學習和生活。最后，感謝母校，給了我這樣一個平臺，給了我學習的機會，樹立了正確的人生觀、價值觀、世界觀，為我的人生發(fā)展奠定了堅實的基礎！參考文獻_1周炳坤，高以智，于榮，等。激光原理M ：國防工業(yè)， 2000。2 Koechner W.固體激光工程M。 :科學技術， 2002 。3周成，鐘，彭，等。 LD泵浦Nd 3+ : GVO4/ Cr 4 + : YAG固體激光器J.光子學報, 2006 , 35(6):801-803。4杜辰林,君海,王正平. LD泵浦聲光調Q高

60、重復頻率短脈寬Nd 3+ : YVO4激光器 J.中國激光, 2002 , A29(6):489 4915雷，侯學元，宇飛等。 Nd 3+的脈沖激光性能：氙燈泵浦的GdVO4晶體J.中國激光, 2004, 31(3) : 262-2646 Qi Yunfeng , Lou Qihong , Yinghua et al . Research on Cr 4+ : YAG passively Q - switched Nd 3+ : YAG porcelain laser J. China Laser, 2005, 32(11): 1449 1454 7趙德源，志天憲義激光二極管泵浦Nd 3+ :