引用本文:

厉泽荣,胡淼,许蒙蒙,等. 可调谐脉宽的全固态自锁模突发脉冲激光器[J]. 光通信技术,2024,48(4):58-62.

可调谐脉宽的全固态自锁模突发脉冲激光器

厉泽荣,胡 淼*,许蒙蒙,王劭昆,周雪芳,毕美华

(杭州电子科技大学 通信工程学院,杭州 310018)

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摘要:针对目前脉冲激光器产生突发脉冲功率低、装置复杂等问题,设计一种可调谐脉宽的全固态自锁模突发脉冲激光器,理论分析了腔内法布里-珀罗(F-P)结构的自锁模激光器的突发脉冲产生机理,建立了自锁模突发脉冲激光器的理论模型。实验结果表明:随着激光晶体长度的增加,突发脉冲的脉宽变宽;当激光晶体长度为5 mm、泵浦光功率为5.5 W时,获得了光束质量因子为1.42的突发脉冲,突发脉冲的重复频率为13.64 GHz,最大平均输出功率0.78 W,对应的斜效率和光光转化率分别为9.57%和8.73%。

关键词:自锁模激光器;Nd:YVO4;突发脉冲;纵模;模式分布

中图分类号:TN91 文献标志码:文章编号:1002-5561(2024)04-0058-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.04.011

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这篇文章主要介绍了该激光器的设计、理论分析、实验装置、实验结果以及结论。以下是详细总结:

  1. 研究背景与动机

    • 研究背景:针对当前脉冲激光器存在的突发脉冲功率低、装置复杂等问题,提出了一种新型的全固态自锁模突发脉冲激光器。

    • 研究动机:旨在设计一种能够稳定调控突发脉冲参数、提高脉冲功率和简化装置复杂性的激光器。

  2. 激光器设计与理论分析

    • 设计概述:设计了一种可调谐脉宽的全固态自锁模突发脉冲激光器,利用激光晶体的克尔效应实现脉冲的形成与压缩。

    • 理论模型:建立了基于腔内法布里-珀罗(F-P)结构的自锁模激光器理论模型,分析了突发脉冲的产生机理。

    • 关键参数:通过调节激光晶体的长度和谐振腔的长度,控制入射到激光晶体表面的光斑大小,从而输出锁模形成的突发脉冲信号。

  3. 实验装置与方法

    • 实验装置:采用中心波长为808nm的光纤耦合激光二极管作为泵浦源,激光晶体为a-cut Nd:YVO4晶体,谐振腔采用折叠式三镜腔设计。

    • 实验设备:使用数字示波器、探测器、光功率计和光谱分析仪等设备对输出脉冲进行观测和分析。

  4. 实验结果与分析

    • 脉宽与晶体长度的关系:实验结果表明,随着激光晶体长度的增加,突发脉冲的脉宽变宽。当晶体长度为5mm时,突发脉冲的半高全宽为1.4ns

    • 输出功率与效率:在泵浦光功率为5.5W的条件下,最大平均输出功率达到0.78W,斜效率和光光转化率分别为9.57%8.73%

    • 光束质量:晶体长度增加会导致光束质量因子增加,光束质量变差。晶体长度为5mm时,光束质量因子为1.42,表现出最佳的光束质量。

    • 频率特性:突发脉冲的重复频率与谐振腔的光学腔长有关,激光晶体长度为5mm时,重复频率为13.64GHz

  5. 频谱与模式分布

    • 频谱分析:通过对输出突发脉冲进行傅里叶快速交换(FFT)变换,发现输出激光光谱包含间隔为13.64GHz的光谱包络。

    • 模式分布:不同长度的激光晶体对产生激光脉冲的中心波长影响较小,均在1064.4nm附近具有最高的增益,模式分布呈高斯型。

  6. 结论与展望

    • 研究结论:通过调节激光晶体的长度,可以有效改变单个突发脉冲的脉宽和光束质量,同时保持较高的输出功率和效率。

    • 未来展望:该研究为全固态激光器中输出稳定可调的突发脉冲提供了新的思路和方法,具有潜在的应用价值。