摘要：

半导体激光器(LaserDiode,LD)泵浦的全固态纳秒激光器已被广泛应用在科学研究,材料制造,生物医学以及军工等领域.随着激光技术的发展,人们对调Q激光器提出了新的要求,激光器朝着微型化,便携式方向发展.目前,一种LD端面泵浦的被动调Q激光器在微型化方向具有发展潜力,在实现小型化的同时,能够输出较高的单脉冲能量.这种被动调Q微型激光器输出激光脉冲的脉宽在纳秒量级,能量在毫焦量级.由于被动调Q微型激光器具有单脉冲能量高,结构小巧紧凑,成本低等优点,可广泛应用在激光光谱,激光点火和激光测距等多种场景.本论文对LD端面泵浦的被动调Q微型激光器进行了相关理论模拟与实验研究,研制出一台微型激光器.本论文主要研究内容和取得的创新性成果有四点. 1.针对微型激光器输出的单脉冲能量和脉冲宽度展开了系统分析和研究.从被动调Q速率方程展开了理论分析,得到了单脉冲能量,脉冲宽度随激光器参数变化的规律,用于设计实验方案.进一步,通过速率方程分析结果,指出提升激光器输出单脉冲能量的方法.然后对激光晶体的热分布进行了模拟,结果表明使用键合晶体作为增益介质可有效降低激光晶体的温度,减小激光器的热效应,使微型激光器能够在无制冷的条件下也能稳定工作. 2.开展LD端面泵浦的被动调Q微型激光器的实验研究.对LD端面泵浦的微型激光器的结构进行了详细介绍.实验上研究了泵浦光参数对激光器输出参数的影响规律,对后续深入研究微型激光器具有参考意义. 3.研制出一台微型激光器样机.激光器输出单脉冲能量高,脉冲宽度窄,输出峰值功率最高达5MW.激光器输出参数与理论分析结果符合较好.激光器具有很好的稳定性,测量了样机长时间工作的稳定性,其脉冲能量的相对标准偏差(RelativeStandardDeviation,RSD)小于1%. 4.将微型激光器应用于激光诱导击穿光谱(Laser-InducedBreakdownSpectroscopy,LIBS)测量.微型激光器的体积小巧,稳定性高,峰值功率高,是LIBS仪器优秀光源,因此使用样机进行了LIBS定量分析实验和分类实验.对合金钢标样中的微量元素进行了定量分析,多种元素定标曲线的拟合系数R2均大于0.99;对不同产地的陶瓷进行了分类,分类正确率大于99%. LD端面泵浦的被动调Q微型激光器存在巨大的应用潜力,能够应用在多种场景.所研制的微型激光器能够输出较高的脉冲能量和较窄的脉冲宽度,同时具有较高的稳定性,是LIBS设备一种体积小巧,性能可靠的光源.

展开