激光二极管抽运被动调Q微晶片激光器理论分析和仿真

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1、东处石油丈修2018异6月15日东北石油大学课程设计任务书课程光电子技术基础课程设计题R激光二极管抽运的被动调Q微晶片激光器的理论分析与仿真专业电子科学与技术姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：以被动调Q激光器的理论为基础，研究被动调QNd3+:YAG微晶片激光器的输岀，并利用Cr4+:YAG可饱和吸收体的激发态吸收特性，得到连续激光二极管抽运的C产:YAG被动调QNd卄:YAG微晶片激光器的耦合方程;利用MATLAB软件进行数值仿真，得到不同参量下被动调Q脉冲的输岀，进而得到脉冲的脉宽和重复频率。基木要求：[1]熟悉被动调Q激

2、光器的理论及被动调Q过程屮激光脉冲的产生过程；[2]利用MATLAB软件仿真得出不同参量下被动调Q脉冲的输出以及脉冲的脉宽和重复频率。主要参考资料：[1]张季熊.光电子学教程[M].华南理工大学出版社.2005.[2]欧攀.高等光学仿真(MATLAB)版—光波导、激光(第2版)[M]・北京航空航天大学岀版社.2014.[引胡章芳.MATLAB仿真及其在光学课程中的应用•北京航空航天大学出版社,2015.完成期限2018611~201&6.15指导教师专业负责人2018年6月15日第1章绪论11」激光应用的意义11.2激光技术的发展前景1第2章激

3、光原理简介22.1辐射与吸收22.2阈值条件3第3章激光调Q原理43.1激光调Q简介43.2调Q原理43.3被动调Q技术6第4章被动调Q仿真94」被动调Q耦合速率方程94.2被动调Q耦合速率方程组数值仿真104.3程序源码13结论16参考文献171.1激光应用的意义1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L•肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。激光器发明不久，人们就于1962年实现了调Q激光器。调Q激光器是实现高能量激光脉冲的有效手段。

4、通过在激光器腔内对腔损耗进行调制，来调节激光器的Q值。在每个周期的大部分时间内使腔维持在高损耗，在激光器工作物质上下能级反转粒子数累积到一定值吋，突然降低腔内损耗，从而腔内迅速建立激光振荡，并输出一高能量脉冲，直接输出的脉冲能量达到mJ,脉宽在数纳秒到百纳秒之间。调Q光纤激光器根据调Q方式可以分为两类⑹，主动式调Q和被动式调Q。主动调Q需要在腔内使用电光开关或声光开关来控制腔内Q值。被动调Q需要在腔内插入可饱和吸收体。例如使用了Co:ZnS晶体或者Cr:YAG晶体等做可饱和吸收体。调Q用可饱和吸收体的激发态弛豫时间需要比腔内脉冲往返一次的时间长

5、,也可以使用未泵浦的掺稀土离子光纤或半导体可饱和吸收体。1986年，LP.Alcock首次报道了调Q光纤激光器，利用声光调制器作为调Q元件，在掺Nd光纤激光器屮实现了峰值功率8.8w的输出。随后RJ.Mear也报道了类似结构的掺Er光纤调Q激光器，此后由于调Q光纤激光器兼具调Q激光器和光纤激光器的优点。在分布式传感、激光测距、时域反射测量、生物医疗等领域有着广泛的应用，所以引起了人们的广泛兴趣和深入研究。1.2激光技术的发展前景20世纪80年代中期，随着稀土掺杂光纤的出现，最初的调Q技术是在晶体和玻璃光纤激光器屮实现的。如最初研究的调Q掺Nd、

6、掺Er光纤激光器，随后掺Yb、掺Pi•和掺Tm光纤激光器也被人们研究。随着光纤光栅的发展，光纤激光器结构变得越来越紧凑，同I］寸实现了全光纤化调Q光纤激光器。在国民经济中形成新的产业部门激光产业止在我国逐步形成，其中包括激光音像、激光通讯、激光加工、激光医疗、激光检测、激光印刷设备及激光全息等，这些产业正在作为新的经济增长点而引起高度重视。例如，全国己有380多家生产激光音像设备（CD、LD、VCD、DVD）,发展异常迅速。又如，利用激光全息技术开拓了激光模压全息防伪商标和装饰业，也已成为较大规模的新兴产业。第2章激光技术简介2.1辐射与吸收1

7、916〜1917年，爱因斯坦根据光量子论推导出了普朗克公式。在这次的计算推导中，他提出了两个非常重要的概念，这两个概念对以后的研究产生了极大影响，即受激和自发两种辐射。他釆用了新的模型：光和物质相互作用的模型。在这种模型下，设定了原子只有两个能级，能级2和能级1,如下图2・1所示。原子从高能态2向低能态1跃迁辐射能量，由低能态向高能态跃迁，吸收能量。这个过程，由自发辐射光子和受激辐射光子组成。原子受到激励激发到高能级E?吋⑴，它的状态是不够稳定的，有一种向低能级跃迁的趋势。即使没有外界因素，处于高能级的原子，也有可能发生跃迁。如果没有外加条件,

8、原子从高能级向低能级跃迁方式有两种方式。只通过释放热能的方式来跃迁的，叫做无辐射跃迁。通过光辐射的形式来跃迁的，叫做自发辐射跃迁。辐射出的光子能量满足