调Q激光器中增益分布对脉冲波形和场分布影响

论文摘要

本文以Nd:YAG激光器为研究对象，从端面泵浦情形下四能级速率方程出发，分别在单端泵浦和双端泵浦条件下，研究泵浦光半径、泵浦光功率、泵浦光偏移中心位置对输出激光中各阶横模（TEM00、TEM01、TEM02）输出脉冲特性的影响。首先通过对速率方程的分析，模拟光子在谐振腔内部来回振荡过程。脉冲输出时，通过对调Q过程中能量储存和能量释放的分析，建立了调Q过程的算法理论模型，对速率方程进行求解，利用各模式光稳定后所占光子数得到各个横模分布情况。在仿真过程中，选择理想高斯光为泵浦源，得到在不同泵浦光功率，不同泵浦光半径，泵浦光中心偏离谐振腔对称中心不同位置对输出光各模式光峰值功率，脉冲宽度，光强的影响。通过研究发现：增大泵浦光功率、减小泵浦光半径、对准谐振腔中心轴条件下泵浦，可获得高峰值功率和窄脉冲激光，同时还能提高基模比例。降低泵浦光功率、增大泵浦光半径、偏移谐振腔中心轴泵浦将会导致峰值功率降低，脉冲变宽，同时还会增加其他高阶模光的竞争能力，不利于提高激光光束质量。通过调整泵浦光参数以获得更高的光束质量，本文研究成果对设计激光器有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 激光二极管泵浦固体激光器的发展
• 1.2 激光二极管泵浦固体激光器泵浦方式
• 1.2.1 端面泵浦Nd：YAG激光
• 1.2.2 侧面泵浦Nd：YAG激光器
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 激光二极管泵浦固体激光器（DPL）的原理
• 2.1 光学谐振腔
• 2.1.1 谐振腔\的结构和分类
• 2.1.2 光学谐振腔的稳定性条件
• 2.2 固体激光工作物质及增益介质
• 2.3 泵浦源
• 2.4 速率方程
• 2.4.1 三能级系统速率方程组
• 2.4.2 四能级系统速率方程组
• 2.5 泵浦光分布典型形式
• 2.5.1 基模高斯光束
• 2.5.2 平顶高斯光束
• 第三章 调Q泵浦光对输出光的影响
• 3.1 调Q激光器工作原理
• 3.2 Q值调制方法
• 3.2.1 带偏振器的电光调Q
• 3.2.2 声光调Q
• 3.2.3 转镜调Q
• 3.2.4 二极管泵浦被动调Q激光器
• 3.2.5 被动式可饱和吸收调Q
• 3.3 声光衍射原理
• 第四章 泵浦光分布对激光输出特性的影响
• 4.1 Nd：YAG激光器速率方程
• 4.2 端面泵浦条件下泵浦光和振荡光分布函数
• 4.2.1 振荡光分布函数
• 4.2.2 泵浦光分布函数
• 4.3 输入输出特性分析
• 4.3.1 阈值泵浦功率
• 4.3.2 输出功率
• 4.3.3 斜效率
• 4.4 三种模式分布
• 4.5 数值模拟仿真
• 4.5.1 能量储存
• 4.5.2 能量释放过程的速率方程
• 4.6 单端泵浦数值模拟仿真
• 4.7 双端泵浦数值模拟仿真
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献