论文研究-基于氧化石墨烯溶液的直腔调Q激光器热稳定性的研究 .pdf

在激光技术领域，激光器的热稳定性是一个关键的研究课题。由于激光器在工作过程中会产生热量，这些热量若不能有效管理，将引发一系列热效应，包括热透镜效应、热致双折射效应以及热应力等，这些都会对激光的输出特性产生负面影响。针对热稳定性的研究，有助于提高激光器的性能，增强其应用价值。 热透镜效应主要是由于激光器内部材料的温度分布不均匀导致的光学折射率分布不均，进而形成类似透镜的聚焦或发散效果。这种效应会随着泵浦功率的变化而变化，对谐振腔的稳定性造成影响。热致双折射效应则是由于热应力造成的材料双折射，会导致腔内线偏振光的损耗增加。热应力是指材料各部分因温差造成的不均匀热膨胀，这会引发材料内部应力，影响激光器的工作稳定性。 为了解决这些问题，本文研究了基于氧化石墨烯溶液的直腔调Q激光器的热稳定性。氧化石墨烯溶液作为一种新型材料，在光电子器件中有许多潜在的应用，其具备良好的热传导性能，在激光器中可以作为热管理介质来降低工作时产生的热量，提高热稳定性。 本研究首先对直腔调Q激光器的热稳定性进行了理论分析，设计了一个性能优良的热稳定谐振腔。在实验中，研究人员利用氧化石墨烯溶液与设计的谐振腔相结合，成功实现了具有523ns最短脉冲宽度的Q开关激光脉冲输出。这一成果不仅展示了氧化石墨烯溶液在激光技术中的应用潜力，同时也为提高激光器的热稳定性提供了新的解决方案。 在本研究中，张小军和文侨通过设计热稳定谐振腔，使其在有单个热透镜的情况下，晶体内的基模体积随晶体等效热透镜焦距的变化而保持稳定。他们详细分析了谐振腔的g参数，并通过公式推导，得出了实现基模热稳定输出的条件。利用高斯光束传输公式，研究者能够计算出谐振腔内各参数，进而设计出性能优良的热稳定谐振腔。 此外，研究人员还考虑了腔内热透镜效应、热致双折射效应以及热应力等热效应对激光输出特性的影响，这些都是提高激光器热稳定性时需要解决的关键问题。文章中提到的热稳定腔的概念由Steffen首先提出，之后Magni在其研究基础上进一步完善了热稳定解的表达式。张光寅教授更是以图解的形式直观地展示了热稳定腔的主要特征，这一系列的理论研究为本实验提供了理论基础。 通过本文的研究，可见激光技术与新型材料技术的结合是未来提升激光器性能的重要方向。如何更有效地利用新型材料，例如氧化石墨烯，以解决激光器的热效应问题，是提升激光器整体性能的关键。该研究的实验结果，即523ns最短脉冲宽度的Q开关激光器，为激光器的应用领域提供了更多可能性，尤其在激光精密加工、医疗手术、通信等领域具有重要的应用前景。