设计了一套紧凑型高温激光二极管阵列端面泵浦电光调Q Nd:YAG激光器.为使激光器整体结构紧凑，以高温激光二极管阵列作为泵源以有效地降低Nd:YAG激光器散热压力.利用Ansys软件对高温激光二极管阵列工作时的温度场进行模拟.使用基于K9玻璃材质的导光锥将泵浦光耦合进Nd:YAG晶体内.利用Traceproc软件模拟了导光锥前后端面的光场分布.采用5 mm×5 mm×40 mm、掺杂浓度为1.0 at.%的Nd:YAG晶体作为增益介质，利用Ansys软件对200 μs，250 μs泵浦脉宽条件下的晶体内部温度场分布进行模拟并计算了激光器工作时的热透镜焦距.结果表明，本文设计的紧凑型激光器可以实现稳定的脉冲激光输出.在重复频率20 Hz，泵浦源电压脉冲宽度250 μs、300 μs条件下，获得了单脉冲能量44.1 mJ和50.2 mJ的单脉冲输出，对应脉冲宽度分别为18.3 ns和21.3 ns，斜效率为12.35%和12.24%.

针对KDP晶体随环境温度升高而需要的四分之一波长电压增大的现实因素, 应考虑适时调整相应电路的输出电压。采用数字电位计AD5259作为Boost变换器反馈回路中的输出电压采样电阻, 以C8051F330微控制器从温度传感器ADT7320采集到的环境温度值为依据, 调整数字电位计的滑动端阻值, 从而实现了Boost变换器输出电压的实时调节, 进而与高速射频场效应管和脉冲变压器构建了一个温度自适应的加压式电光Q开关。该电光调Q电路已应用于多种脉冲激光测距仪中, 工作于?30~65 ℃的大范围环境温度条件下, 相应的四分之一波长电压可由1 500~7 000 V。

从理论上分析了影响调Q激光器脉冲宽度的因素,利用速率方程建立了 电光调Q脉冲展宽输出过程中反 转粒子数密度、光子数密度、腔损耗之间的变化关系式,并进行了数值模拟,绘出了输出平滑脉冲时的腔损 耗变化曲线,在实验中设计了合适的谐振腔结构,并通过使用两个闸流管作为高压开关控制KD*P上的 电压变化波形,从而控制腔损耗使其满足脉冲展宽的条件,在实验上最终获得了420 ns的调Q激光脉冲。

复合腔电光调Q微晶片激光器是一种集成化的固体激光器,具有体积小、基横模、单纵模、线偏振运转,输出脉冲重复频率高,脉宽窄的优点,是高重复频率、高光束质量的主振荡功率放大器(MOPA)激光系统的理想种子源。进行了低压驱动复合腔电光调Q微晶片激光器的实验与理论研究。根据理论分析,增加电光晶体长度和提高端面反射率可减小标准具透射谱半宽度,进而降低驱动电压。设计了两套激光器实验方案。实验中激光增益介质和电光晶体分别选用Nd:YVO4和LiTaO3,谐振腔尺寸小于3 mm×3 mm×2.5 mm。方案1主要研究增加电光晶体长度后的激光器输出特性,在抽运功率184 mW,240 V驱动电压下,可实现300 kHz激光脉冲输出,脉冲宽度10 ns,峰值功率9.4 W。在方案2中,通过进一步提高端面反射率,在短时间内可输出1 MHz脉冲。

通过对硅酸镓镧(LGS)晶体旋光性与电光效应的交互作用的理论研究,推导出晶体旋光性和电光效应共同作用下的光强表示式I=1-4B2(Asin2ω-Ccos2ω)2。利用此表示式设计计算了旋光晶体LGS尺寸为8 mm×8 mm×25 mm电光Q开关在1064 nm波长使用时的开关电压和偏振角分别为4995 V和27.3°。将理论研究得到的结论应用于LGS晶体电光调Q的Nd∶YAG 晶体激光器的实验研究中,实验结果与理论计算结果基本一致。得到输出能量为361 mJ,脉冲宽度为7.8 ns的脉冲激光输出。

为了更好地解决用旋光晶体制作电光Q开关中的问题,需要从理论上对光的传播方程进行研究。通过对硅酸镓镧旋光晶体中电光效应和旋光效应对光的偏振态影响的研究,推导出了处于外加电场中的旋光晶体中光的传播方程的表达式,以及透过光强的表达式,并利用几种简单的光学器件在实验上得到了很好的验证。利用光的传播方程和实验的结果,推算出硅酸镓镧晶体电光系数γ11=2.1×10-12 m/V,与以前测量的结果吻合得很好;找到了利用旋光晶体制作电光开关应该满足的条件,给出了一种制作方法,在实验上得到了很好的实现,从而证实了旋光晶体作为电光开关材料的可行性。