【正文】 rrow emission, so that the peak power of the light source can be increased several orders of magnitude of a technique, in order to obtain high peak power, narrow width pulse Q is activated by the laser radiation itself, Q switch is filled with anic dyes such as crystal or doped optical elements. This paper introduces the purpose of laser diode pumped passively Q technology,the significance and passively Qswitched lasers theoretical can got the equations that the gain medium inversion density, can be saturated and the absorbent core population inversion density and cavity photon number density of the mutual coupling between .Microchip lasers have high doping concentration, cavity length features, will inevitably have an impact on the process and passively Q parameters. We will use Matlab to simulate the characteristics of passively Qswitched consider the Cr ?4 :YAG rsaturable absorption excited state absorption body to obtain a continuous laser diode pumped Cr ?4 :YAG passively Q Nd ?3 : YAG microchip lasers coupled equations, and analysis passively Qanalysis the basis of numerical simulation, you can get different parameters of passively Qswitched output accurate microchip lasers typical values of each physical factor, programmed to solve the microchip laser rate equations corresponding to make the photon number density inversion density and particle number density of the ground state of change over time can simulate to get passively Qswitched laser pulse repetition frequency, pulse width equivalent. Key Words: Laser diode,passively Qswitched, coupling, pumped 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 III 頁 目 錄 1 緒論 ..............................................................1 激光器的發(fā)展簡史 ..............................................1 激光器的發(fā)展前景 ...............................................2 2 激光調 Q 技術 ......................................................3 激光的基本理論 .................................................3 自發(fā)輻射，受激輻射，受激吸收 ................................3 閾值條件 ....................................................4 調 Q 原理 ......................................................5 調 Q 技術 ......................................................7 主動調 Q 技術 ...............................................7 被動調 Q 技術 ..............................................11 3 激光二極管抽運的微晶片激光器 .....................................14 激光二極管技術 ................................................14 激光二極管抽運技術的發(fā)展 ..................................14 激光二極管抽運的優(yōu)點 .......................................15 激光二極管的抽運的方式 .....................................16 激光二極管 抽運微晶片 激光器的發(fā)展概況 ..........................19 4 激光二極管抽運的被動調 Q 微晶片激光器仿真研究 .....................23 被動調 Q 耦合速率方程 .........................................23 被動調 Q 耦合速率方 程組數值仿真 ...............................24 結 論 ............................................................29 致 謝 ............................................................30 參考文獻 ............................................................31 附 錄 ............................................................33 附錄 A 英譯漢 ......................................................33 附錄 B 仿真程序部分源代碼 ...........................................38 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 1 緒論 近 年來激光二極管抽運的微晶片激光器已成為全固態(tài)的激光二極管抽運固體激光器 (diode laser pumped solidstate laser，簡稱 DPSSL)研究的一個熱門話題。 下面 利用 Matlab 來仿真被動調 Q Nd ?3 :YAG 微晶片激光器的特性，再研究Cr ?4 :YAG 可飽和吸收體處于激發(fā)狀態(tài)時的吸收情況，得到在二極管接連不斷的抽運下，激光二極管的 Cr ?4 :YAG 被動調 Q Nd ?3 :YAG 微晶片激光器的耦合方程，并據此對被動調 Q 的過程進行分析 。 本文首先介紹了激光二極管抽運的被動調 Q 技術的目的，意義及其發(fā)展。 畢業(yè)論文 激光二極管抽運的被動調 Q 微晶片 激光器仿真研究 院 別 計算機與通信工程學院 專 業(yè)名稱 通信工程 班級 學號 學生 姓名 指導教師 2020 年 6 月 8 日 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 I 頁 激光二極管抽運的被動調 Q 微晶片激光器仿真 摘 要 激光二極管 (LD)抽運的微晶片激光器具有全固化、體積小、結構簡單等特點。首先分析被動調 Q 激光器的理論，就會得 到一些相互作用的關系，其中，增益介質中的反轉粒子數的密度、可飽和和吸收體中反轉粒子的密度以及諧振腔內光子數密度是相互關聯的。 在此基礎上，代入數值，進行仿真，就可以得到不同參量下被動調 Q 脈沖輸出的精確結果。本文先從理論 層面上對這種激光器進行了探究，從激光的原理出發(fā)，依次分析了被動調 Q 技術，用二極管進行抽運的方法和好處。此類光量子的性質很特殊，其頻率，傳播的方向，偏振的方向等特性都與輻射量子是一致的。他指出，要想實現粒子數反轉，那么必須的條件是 受激輻射，簡言之就是粒子的數目在高能級上比在低能級上要多很多。他多次嘗試，都以失敗告終，最后，他選取了用諧振腔的方法來進行模式選擇的思路，最后被激發(fā)，發(fā)生震蕩，進而放大。之后，湯斯和肖洛一起研究，面對諧振腔的問題，肖洛提出用 FP 干涉儀來 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 代替諧振腔。科學家梅曼，一直致力于將紅寶石作為材質的的受激實驗研究，在 1960 年 5 月 15 日終于觀測到光激勵紅寶石受激輻射信號，通過不懈努力，最終研制出了世界第一臺紅寶石固態(tài)激光器。在醫(yī)療方面，激光凝固器應用廣泛，在婦科，腫瘤科，眼科等科都發(fā)揮了很大的作用。 1961年，調 Q 的概念被 Hellwarth 提出。這樣得到了脈沖寬度的最低值為 2/LC(激光器諧振腔的長度為 L ，光速是 C ，因此通過該技術，我們一般最多只能夠輸出 納秒級別的激光脈沖 )。在這種模型下，設定了原子只有兩個能級，能級 2 和能級 1，如下圖 所示。即使沒有外界因素，處于高能級的原子，也有可能發(fā)生躍遷。輻射出的光子能量滿足玻爾條件： 2 1 21E E hv?一 () 假設原子系統受到外加能量， 如 21hv 的光子照射時，如果滿足條件 21 2 1hv E E? 一 那么處于低能態(tài) E1 上的原子就會發(fā)生受激吸收，吸收此光子，得到能量，躍遷到高能態(tài)E2 上，如下圖 2. 1(b)所示。激光的產生就是在收到激發(fā)，發(fā)生輻射這個過程中產生的。這樣，在這種模式下，就會得到一個光子，與高能級的原子相互作用，就會發(fā)生受激輻射，進而再一次產生光子 。腔內任何模式的光，只有至少存在一個光子，才能形成這樣一個過程。由于這樣的原因，普通的激光器的峰值功率一直不能提高。腔內的能量積累，存儲后用 W 來表達，光在腔內傳播都 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 會有損失，每次傳播的消耗的能量用 ? 來表示，在一次的傳播中，光就會損耗數量為 W?的能量。品質因數 Q 可以用下面的式子 來表示 0 022 W n LQ v W c n L ?? ????? () 品質因數 Q 越小，意味著能量損耗越大。這樣就會遏制起振。 通過一定的方法，使之當時間改變時，品質因數 Q 值發(fā)生變化。 通過增加外在條件，例如添加激發(fā)功率，處于高能級的粒子數大量積累，隨著時間延長，當高能級的粒子數到最大值時，增大 Q 值，這樣一來，閾值也會突然降低，就會產生強烈的激光的震蕩 。在閃光燈抽運脈沖的末端，如果反轉粒子的很多，當到達峰值時，相應的 Q 值會到達最高值。 圖中示出了燈的輸入電流，諧振腔損耗的能量，反轉粒子數和光子通量與時間的函數關系。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 tttt燈的輸入電流0m a xEm inE諧振腔損耗的能量intnfnm a x?m in?光子