基于多模速率方程电路建模的太赫兹量子级联激光器稳态性能及输出光谱特性分析

通过改进的三能级多模态速率方程,运用电路建模 方法,建立了太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)的一种等效电路模型。由于基于多模 态效应进行建模,所建模型能够有效表 征多模态效应对THz QCL光电性能的影响。模型中,涉及的非辐射散射时间、自激发射弛豫 时间以及电子逃 逸时间均根据器件有源层结构参数通过自洽数值求解获得。采用所建模型,可运用通用电路 仿真工具实现对 THz QCL光电特性的模拟分析,克服了数值分析方法计算复杂、模拟时间长的缺点。运用电 路仿 真工具PSPICE对2.47THz QCL的稳态特性和输出光谱特性进行了模拟 分析,并讨论了温度变化对器 件阈值电流、输出光功率以及输出频谱的影响,分析结果与已报道的理论和实验结果一致 ,验证了本文方法的适用性和准确性。     

声光调QCO_2激光器的理论计算和实验研究

采用谐振腔内插入声光调制器的方法进行了小型CO2激光器的调Q实验,并根据影响激光器输出的诸多因素,利用调Q脉冲激光器速率方程对该激光器输出的主要技术参数进行了理论计算,据此提出了声光调QCO2激光器优化设计的途径和方法。设计制成的声光调QCO2激光器获得峰值功率超过4000 W,激光脉冲宽度为180 ns,与理论计算基本一致。激光器脉冲重复频率调节范围1 Hz~100 kHz。理论分析和实验结果均证明,调Q晶体中超声场的渡越时间并不会影响输出激光的脉冲宽度,因此无需在腔内插入光学透镜进行光束直径的压缩变换;渡越时间的影响只是体现在延长了激光脉冲的建立时间上;激光器的最佳工作频率在1 kHz左右,这与CO2分子0001能级大约1 ms的辐射寿命相匹配,当频率超过1 kHz时,激光的脉冲宽度随着频率的增加而开始加宽。激光器通过光栅选线的设计方式实现了9.2~10.8μm的全波段波长调谐,测得激光输出谱线超过60条。     

多量子阱垂直腔面发射半导体激光器的速率方程分析

依据多量子阱垂直腔面发射半导体激光器（ＶＣＳＥＬＳ）的结构特点,并考虑到腔量子电动力学中自发辐射增强效应,建立了多量子阱ＶＣＳＥＬＳ的速率方程,并给出了其方程的严格解析解,在此基础之上,讨论了ＶＣＳＥＬＳ的稳态特性,并与普通开腔和三维封闭腔中的结果进行了比较,给出了Ｖ     

低重频高能脉冲多级光纤MOPA系统的优化设计

根据低重频高能脉冲多级光纤主振荡功率放大(MOPA)系统的模型,建立了多级光纤MOPA系统的速率方程和功率传递方程,并提出了一种多级光纤MOPA系统的优化方法.与传统的单个光纤放大器的优化方法相比,该方法把每一级放大器作为系统的一部分,并通过对整个系统结果的分析来优化每一级放大器的参数.对一个两级掺Yb光纤MOPA系统进行了优化模拟计算,在获得基本相同的输出脉冲能量条件下,使用多级光纤MOPA系统优化方法计算得到的第一级光纤优化长度和泵浦功率分别比用传统优化方法得到的结果短3 m和低69.1 W.基于该优化方法,第二级放大器的参数和种子光峰值功率也得到了优化.结果表明:在对多级光纤MOPA系统进行优化时,传统的单光纤放大器优化方法被系统优化方法代替,是用最低成本获得高能量转换效率的保证.     

双调Q开关热退偏补偿全固态激光器

为了有效地补偿激光二极管(LD)侧向抽运1000 Hz重复率电光调QNd:YAG激光器棒状增益介质内存在的热致双折射损耗,设计了一种新颖的双调Q晶体开关复合谐振腔结构。实验结果表明,设计的双调Q晶体开关结构Nd:YAG激光器输出激光脉冲能量比单调Q晶体开关结构的非补偿腔输出能量提高了56％,当侧面抽运半导体激光器输出功率达到450 W时,激光输出达到30 mJ/pulse,输出光束偏振度优于10:1,激光脉冲宽度约14 ns。并获得6．7％的光一光转换效率。通过对双调Q开光激光谐振腔进行建模,并用求解速率方程对其特性进行理论分析,所得的计算结果与实验结果基本吻合。     

利用速率方程分析光纤激光器相干耦合系统的尝试

尝试采用稳态速率方程,分析了由一个光纤耦合器连接起来的、两个掺Er光纤激光器组成的相干耦合系统.考虑到设置在光纤耦合器的一个输出端口的公共反射镜还担负着实施两个激光器间的相互注入的功能,利用光纤耦合器的变换矩阵以及光场相干叠加的要求,可以确定激光器速率方程组满足的边界条件.在进行合理的近似处理后,把速率方程组转化为代数方程组.利用这些结果分析了系统的一些特性,比如耦合器的分光比和不同泵浦功率对输出功率的影响等.     

Yb离子抽运动力学及脉冲储能特性研究

从准三能级Yb离子的能级结构出发，建立了Yb离子的抽运和激光速率方程，结合解析和数值方法，研究了Yb激光介质的抽运动力学过程，包括抽运激发效率、最低抽运强度、激光能量提取效率等关键参数.比较了三类典型的Yb激光介质性能：Yb:S-FAP,Yb:YAG以及Yb:FP-glass.以放大自发辐射(ASE)为设计判据，重点研究了脉冲储能型Yb激光器的设计准则，包括增益介质的厚度与掺杂浓度.最后利用此模型给出了基于Yb:S-FAP以及Yb:YAG的100J级二极管抽运固体激光器(DPSSL)的总体设计参数.将对基于Yb激光介质的脉冲储能型DPSSL的设计提供有益的参考. 关键词： Yb离子 速率方程 抽运动力学 二极管抽运固体激光器     

光纤激光器受激布里渊散射的建模与求解

从理论上分析了高功率双包层光纤激光器的受激布里渊散射效应,建立了考虑受激布里渊散射的光纤激光器速率方程,并采用打靶法对其求解,对数值求解算法进行了详尽的描述。通过比较不同的纤芯直径、光纤长度以及掺杂浓度的情况下输出激光功率极限值的不同,发现增大纤芯直径、减小光纤长度以及降低掺杂浓度可以有效地减少受激布里渊散射的影响。     

垂直腔体面发射激光器等效电路模型在SPICE下的实现

介绍了一个基于速率方程的垂直腔体面发射激光器(VCSEL)的等效电路模型,该模型在电路模拟程序Pspice下得到了实现,其仿真结果与实验数据十分吻合。用C语言编写了一个可以自动生成VCSEL宏模型的网表自动生成器。     

单量子双能级系统和双态系统关联函数的研究

以具有简单三能级结构染料分子的单量子系统为研究对象,用带有边界条件的速率方程来反映低功率单色连续激光激励下单分子发射荧光的动力学过程.该方法可以通过时间分辨光子探测获得处理单分子动力学随机过程.研究给出了一种通过求解反映单量子系统动力学过程的物理量——延迟函数计算关联函数的方法,并给出了双能级系统和双态系统延迟函数和关联函数的具体表达式.研究表明,在实际测量中只要获得关联函数曲线,就可以通过数据拟合计算出分子跃迁的动力学参量.