摘 要

本文首先从理论方面介绍了Cr⁴ :YAG晶体的基本结构、吸收光谱特性和可饱和吸收特性，定性地分析了Cr⁴ :YAG的吸收系数与波长、光强的关系、考虑晶体厚度时与晶体透过率与波长和光强的关系。其次分析了Cr⁴ :YAG晶体饱和吸收调Q的实验方法。

通过设计实验方案研究了LD泵浦的Cr⁴ :YAG被动调Q Nd³ :YAG激光器输出特性，分析了影响被动调 Q激光输出特性的因素，测量了在不同泵浦功率的条件下，输出功率、脉冲宽度和脉冲重复率的情况。

在输出镜T=3%的条件下，获得调Q前的最高功率为784mW。调Q后的最高功率为183mW，脉宽最小为120ns，重复频率最大为10.11kHz。

研究结果表明：光强增加，Cr⁴ :YAG晶体的吸收系数减小，但无论光强多大，晶体的吸收系数都不为零，晶体的透过率随厚度的增加而减小。增加泵浦电流，激光输出平均功率、脉冲重复频率和峰值功率增大，脉冲宽度变窄。输出镜透过率增加，输出功率和脉冲重复率均减小。

关键词：饱和吸收调Q Cr⁴ :YAG晶体 饱和吸收系数 调Q激光特性

Abstract

In this paper,we first introduce the basic structure,spectral characteristics and saturable absorption properties of Cr⁴ :YAG and the relationship between the absorption coefficient and the light intensity,the thickness and the transmittance of the crystal. Secondly, this paper introduces the basic principle of Q, and analyzes the relationship between Cr⁴ :YAG crystal and Q crystal.

Through experimental design was carried out to study the effects of LD pumped Cr⁴ :YAG passive regulating Q Nd³ :YAG laser output characteristics, analyzes the factors that influence passively Q-switched laser output characteristics, measured at different pump power, the output mirror through two different conditions rate, output power, pulse width and pulse repetition rate.

Under the conditions of the output mirror T=3%, the maximum power of 784mW was obtained before the modulation of Q. The maximum power of 183mW was obtained after the modulation of Q., the minimum pulse width is 120ns, the maximum repetition rate is 10.11kHz.

The results show that: the intensity increases, Cr⁴ :YAG crystal absorption coefficient decreases, but no matter how much light intensity, the absorption coefficient of the crystal is not zero, the transmittance of the crystal decreases with the increase of the thickness. Increase the pump current, the average power of the laser output increases, the pulse repetition rate and peak power, pulse width narrow. The output mirror transmission rate is increased, and the output power and pulse repetition rate are both reduced.

Key Words：Saturation absorption modulation Q；Cr⁴ :YAG crystal；Saturated absorption coefficient；Q laser characteristics

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 LD泵浦固体激光器的发展 1

1.1.2 LD泵浦Cr⁴ :YAG晶体被动调Q激光器的研究进展 1

1.2研究的目的及意义 2

1.3研究的基本内容及方案 3

第2章 Cr⁴ :YAG被动调Q理论 4

2.1 Cr⁴ :YAG晶体的能级和吸收光谱 4

2.2.1 Cr⁴ :YAG晶体吸收系数与光强的关系 5

2.2.2不同厚度的Cr⁴ :YAG晶体对中心波长1064nm的透过率 7

2.3 调Q原理饱和吸收调Q 8

第3章 Cr⁴ :YAG被动调Q激光器的实验研究 10

3.1实验装置 10

3.2泵浦电流对输出功率的影响 11

3.3输出镜透过率对调Q激光输出参数的影响 14

3.4特定情况下LD泵浦的Cr⁴ :YAG被动调Q激光 16

第4章 总结与展望 17

4.1结果与结论 17

4.2展望 18

参考文献 19

致 谢 20

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 LD泵浦固体激光器的发展

1963 年，R.Newman最早提出使用半导体激光器(又称激光二极管，简称LD)泵浦的全固态激光器的假想。因为激光二极管泵浦的固体激光器(Diode Pumped Solid State Laser，简称DPL或DPSSL)有转换效率高、系统的体积较小、构造紧凑、寿命长、可靠性高等优点，所以它得以开始发展^[1]。

1968年，美国麦道宇航公司的Ross等人首次实现了LD泵浦的Nd:YAG激光器，他们利用液氮冷却GaAs半导体激光器，将温度降到170K，为了使GaAs(867nm)与 Nd:YAG 晶体的吸收峰匹配^[1]。