带有电光调制器和GaAs饱和吸收器的二极管泵浦双Q开关锁模激光器的优化

在本文中，研究者们探讨了一种利用电光调制器和GaAs饱和吸收器的二极管泵浦双Q开关锁模激光器的优化问题。考虑到谐振腔内光子密度的高斯分布特性，建立了相应的耦合速率方程，并通过数值计算方法解决了这些方程。在此基础上，确定了优化耦合的双Q开关锁模激光器的关键参数，包括增益介质参数、小信号透过率的饱和吸收器以及电光调制器的调制频率，以最大化单Q开关包络的脉冲能量。 文章介绍了研究的背景与动机。在1微米波段的Q开关和锁模（QML）激光器因在微加工、材料处理、非线性光学等领域具有广泛的应用而备受关注。特别是，利用腔内主动调制器和被动饱和吸收器的双QML激光器，与单一的QML激光器相比，可以产生更稳定、更短脉宽和更高峰值功率的脉冲。这表明双QML激光器拥有更宽广的应用领域。对于固体激光器来说，参数优化是设计激光设备的重要方法。在给定泵浦水平和放大介质的条件下，通过选择适当的输出耦合器和饱和吸收器透过率等参数，可以得到最大的脉冲能量、最短的脉冲宽度或最高的峰值功率。 本文提出的耦合速率方程考虑了谐振腔内光子密度的高斯分布特性。通过对这些方程的数值解，研究者们能够确定最优化的激光器设计参数，进而指导实验中双Q开关锁模激光器的构建。为了验证数值模拟的适用性，研究者构建了一个包含电光调制器和GaAs饱和吸收器的二极管泵浦Nd:Lu0.15Y0.85VO4双Q开关锁模激光器。实验结果证明了数值模拟的有效性。 在此基础上，研究者们进一步探讨了双Q开关锁模激光器涉及的两个动态过程：Q开关和锁模。Q开关是指在泵浦能量积累到一定程度后，通过高速开关快速改变谐振腔内损耗，从而在激光介质中形成一个大的反转粒子数密度的过程。这个过程会导致一个巨大的光脉冲的产生。锁模则是利用主动或被动方式对激光器的脉冲进行时间上的控制，使得多个脉冲在相位上达到同步，从而获得一系列稳定的超短脉冲。通过合理设计激光器的各个组件，例如调制器的调制频率、饱和吸收器的透过率和增益介质的参数，可以优化激光器的性能，提高脉冲的质量和稳定性。 研究中，提出了几个关键的技术参数。对于增益介质，需要选择合适的掺杂浓度和长度以确保有足够大的增益来支持锁模的产生。而饱和吸收器的小信号透过率决定了激光器在饱和吸收作用下抑制连续波激光输出，增加脉冲稳定性。电光调制器的调制频率则是控制Q开关产生脉冲时间间隔和脉冲宽度的重要因素。 此外，对于1微米波段的双Q开关锁模激光器，研究者们还讨论了其在多个领域内的实际应用。例如，在微加工领域，短脉冲可以减少加工时的热影响区域，提高加工精度和表面质量；在非线性光学研究中，稳定且高峰值功率的脉冲能够提供更高的转换效率，探索新的非线性效应。 本文的研究成果为今后双Q开关锁模激光器的设计和应用提供了理论基础和技术指导，尤其是在参数优化和性能预测方面具有重要的参考价值。通过这种优化方法，可以有效提高激光器的脉冲能量、缩短脉冲宽度，并增强峰值功率，进一步拓宽了双Q开关锁模激光器的应用前景。