Nd：YAG / Cr4 +：YAG / YAG复合晶体激光器的无源Q开关输出特性研究

随着激光技术的不断发展，激光器的应用范围越来越广泛，涉及通信、材料加工、医疗、科学研究等多个领域。激光器的输出特性直接影响其应用效果，因此研究激光器输出特性的优化具有重要意义。特别是激光二极管（LD）端面抽运激光器，因其结构紧凑、效率高、寿命长等优点，在各种应用中备受青睐。 在本次研究中，作者关注的是Nd：YAG / Cr4+：YAG / YAG复合晶体激光器，它是一种利用被动Q开关输出的激光器。被动Q开关是通过非线性材料的可饱和吸收特性来实现激光器的Q开关输出，这种方式不需要外部控制信号，因此被称为无源Q开关。 我们需要了解激光器的Q开关技术。Q开关是激光器中的一个关键组件，它能够控制激光腔的Q值（品质因数）。在高Q值状态下，激光器储能，而在低Q值状态下，激光器迅速释放储能，从而产生高强度的激光脉冲。常见的Q开关有机械式和电光Q开关等，而被动Q开关通常利用材料的可饱和吸收特性，如Cr4+：YAG晶体。 在本研究中，所使用的复合晶体由Nd：YAG和Cr4+：YAG组成， Nd：YAG晶体是一种常用的激光增益介质，能够产生1064nm波长的激光输出，而Cr4+：YAG晶体作为被动Q开关材料，其初始透过率会影响激光器的调Q特性。研究中对比了Cr4+：YAG晶体初始透过率为84.9%和90.6%时的调Q激光输出特性，发现不同的初始透过率对激光器的平均输出功率、重复频率、脉冲宽度和峰值功率等参数有明显的影响。 研究结果表明，在特定的抽运功率下，存在一个最佳的耦合输出镜透过率，使得激光器的输出特性参数得到优化，包括高输出功率、高重复频率和窄脉冲宽度。此外，随着抽运功率的增加，最佳的输出镜透过率也会相应增加。这一点对于设计和应用激光器至关重要，因为实际应用中抽运功率常常不是一个固定的值，而是需要在一定范围内变化。 作者还发现，具有84.9%初始透过率的Cr4+：YAG晶体能够产生相对较低的平均输出功率，但其重复频率较低、脉冲宽度窄，这使得调Q激光的峰值功率明显提高。在实际应用中，激光器的峰值功率往往是一个非常重要的参数，特别是在需要高能量脉冲的应用场合。 此外，研究还指出，在采用30%透过率的耦合输出镜和10.4W入射抽运功率下，可以得到3.2W的平均输出功率、9.7ns的脉冲宽度和52kHz的重复频率的激光输出，峰值功率高达6.3kW。这一结果不仅说明了激光器的高效性能，也显示了通过调节输出镜透过率和其他参数，能够获得满足特定应用需求的激光输出。 关键词中提到的被动调Q、1064nm激光和LD端面抽运都是与本研究紧密相关的专业术语。被动调Q指的是利用可饱和吸收体材料，实现激光器的Q开关操作；1064nm激光是指该激光器输出的光波长为1064纳米，属于红外光谱区，常见于多种工业和科学应用；LD端面抽运指的是利用激光二极管从激光晶体的端面进行泵浦，该方法能够实现高效的能量转换。 值得注意的是，本项研究得到了国家自然科学基金、浙江省公益技术应用研究计划项目和温州大学研究生创新基金的资助，这表明了研究的权威性和基金支持机构对激光技术发展的重视。通过这样的研究，不仅能够推动激光技术的理论进步，也为实践中的技术应用提供了重要的参考。 综合来看，本研究为利用复合晶体实现高效被动调Q激光输出提供了重要的实验数据和理论支持。随着相关技术的进一步发展，我们有理由相信，未来将会出现更多性能更加优越、应用更加广泛的激光器产品。