基于增益媒质的亚波长纳米阵列超传输特性研究

增益媒质因其优良的放大特性和广阔的应用前景吸引了国内外学者的广泛关注,然而,激发增益媒质补偿欧姆损耗需要较强的外部能量,极大地限制了增益媒质的发展前景。本文使用辅助位微分方程的时域有限差分方法研究了麦克斯韦方程与半经典的电子速率方程相耦合的自洽仿真过程,并基于四能级原子系统描述的增益媒质和异常光传输现象间的耦合机制,提出了一种新颖的含亚波长周期裂缝的增益/金属/增益纳米阵列结构。研究结果表明,本文提出的纳米结构可以使用较低外部能量实现完全补偿欧姆损耗的目的。该结果对深入了解纳米结构和增益媒质之间的相互作用有着重要的意义。     

High-power and high optical conversion efficiency diode-end-pumped laser with multi-segmented Nd:YAG/Nd:YVO_4

A novel flat-flat resonator consisting of two crystals(Nd:YAG + Nd:YVO_4) is established for power scaling in a diode-end-pumped solid-state laser. We systematically compare laser characteristics between multi-segmented(Nd:YAG + Nd:YVO_4) and conventional composite(Nd:YAG + Nd:YAG) crystals to demonstrate the feasibility of spectral line matching for output power scale-up in end-pumped lasers. A maximum continuous-wave output power of 79.2 W is reported at 1064 nm, with M_x~2= 4.82, M_y~2= 5.48, and a pumping power of 136 W in the multi-segmented crystals(Nd:YAG + Nd:YVO_4). Compared to conventional composite crystals(Nd:YAG + Nd:YAG), the optical-optical conversion efficiency of multi-segmented crystals(Nd:YAG + Nd:YVO4) from 808 nm to 1064 nm is enhanced from 30% to 58.8%,while the laser output sensitivity as affected by the diode-laser temperature is reduced from 55% to 9%.     

端侧面组合抽运DPL热透镜效应研究

通过数值计算发现：在端侧面组合抽运DPL中,晶体横截面上的温度分布接近于轴对称分布,并且端面抽运功率占有率越大,温度分布越接近于轴对称分布。将端侧面组合抽运DPL中的热效用等效薄透镜近似,给出了等效热透镜焦距的计算方法,分析了组合抽运引起的热透镜效应对基横模振荡光的光斑尺寸和衍射损耗的影响。在总抽运功率一定的情况下,端面抽运功率占有率的变化对热透镜焦距有一定的影响,占有率越大,热透镜焦距越长。提高端面抽运功率占有率,可在一定程度上减小热透镜效应对振荡光束尺寸和衍射损耗的影响。     

二极管抽运调Q固体激光器的设计方法研究

通过对速率方程的数值求解,得到二极管泵浦调Q固体激光器的性能参数,即由激光器的结构参数和泵浦参数,求解出激光器的输出参数。然后将其求解得到的输出与设计要求的激光器输出进行比较,由此对输入的结构参数和泵浦参数进行反复调整,直至最终输出参数满足设计要求的误差。根据该方法设计了3款激光器,实验验证了该算法的可行性。     

抽运光对激光束空间分布影响程度的估算方法研究

为便于评价两种光场空间分布之间的偏离程度，引入一个数学参数δ进行研究。将该参数应用到谐振腔内分析了抽运光空间分布对基模振荡光光束质量的影响。这种影响主要表现为：若抽运光在激光介质中引起非均匀的增益分布，基模振荡光将偏离高斯分布。利用δ参数对这种影响的程度进行了定量估算。定量研究表明：δ参数可以直观地反映泵浦光分布对激光器光束质量的影响程度，而且在激光器的设计中δ参数的大小可衡量泵浦光分布的优劣。对于端面泵浦二极管泵浦固体激光器（DPL），稳恒运转下最理想的抽运光分布形式是高斯型抽运光，其半径等于谐振腔的基模高斯振荡光半径。     

调Q DPL输出脉冲高频噪声研究

文中采用泰克高速采样示波器TDSS000B和1 as响应时间的硅光电二极管对调Q DPL的激光脉冲信号中出现的高频噪声信号进行了研究,表明其时域上的表现形式是高频毛刺信号,频域上则主要表现为1～2 GHz的噪声信号.在实验中分析并排除了探测系统本身的高频干扰,依据实验数据理论分析及仿真得出,高频毛刺产生的原因主要来自激光多纵模分布,仿真结果在实验中得到了很好的印证.     

Nd:YAG调Q激光器下能级寿命对激光脉冲性能的影响

在对Nd:YAG调Q激光器进行分析和设计时,研究人员通常选择忽略激光下能级寿命对脉冲波形的影响。当激光脉宽远大于激光下能级寿命时,这种近似一般不会带来太大偏差;而当脉宽达到纳秒量级时,Nd:YAG晶体约30 ns的下能级寿命对脉冲波形的影响会变得非常严重。建立了Nd:YAG下能级寿命对输出脉冲波形影响的理论分析模型,并对窄脉宽的Nd:YAG调Q激光器的输出波形进行仿真研究。研究结果表明,在窄脉宽激光输出情形下,激光下能级寿命会导致调Q脉冲在主峰后出现尾峰,尾峰能量可达主峰能量的一倍以上。同时建立了Nd:YAG声光调Q激光器实验系统,在与仿真计算近似的条件下测量调Q脉冲波形,观察到与仿真结果一致的尾峰现象,实验验证了理论模型的正确性。     

声光腔倒空激光器模拟

通过把光斑近似成菱形,把声场近似成阶跃函数找出了倒空效率和时间的函数关系式,在此基础上,建立了一个完整的声光腔倒空激光器的理论模型.并利用此模型来进行数值模拟分析声光腔倒空激光器的一些规律.     

端面泵浦DPSSL中空间耦合的精密调整技术

对光纤耦合激光二极管端面泵浦Nd：YAG激光器泵浦光偏离谐振腔轴的情况进行了实验研究,提出了一种利用CCD精确调整泵浦光与振荡光空间耦合的方法。使用此方法调整泵浦光的空间位置,使其与振荡光达到最佳空间耦合,得到了椭圆率为0.98,M^2因子为1.01的近似理想高斯光束输出。该方法适用于各种激光介质的二极管端面泵浦固体激光器,提高了耦合精度,故具有一定的实际应用价值。     

声光调Q衍射效率对脉宽压缩的影响研究

通过对衍射效率和反转粒子数密度的关系,反转粒子数密度和脉冲宽度的关系的分析,得出当通过提高泵浦速率来压缩脉宽时,衍射效率必须与泵浦速率和重复频率相匹配.并提出了匹配条件,从匹配条件出发又得到了衍射效率与泵浦速率和重复频率的匹配关系式.关系式中的衍射效率即为能够有效地压缩脉宽的最小衍射效率.实验结果与理论分析符合较好.