[发明专利]一种基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法

权利要求书

1.一种基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、根据增益介质的增益线型、增益系数和激光器的光学腔长计算腔内相邻纵模受激发射截面比；

S2、基于相邻纵模间增益差异，计算出相邻纵模强度比与纵模脉冲建立前荧光在腔内往返次数的关系曲线；

S3、基于激光速率方程组，考虑腔内损耗和增益，数值求解相邻纵模脉冲的建立过程；

S4、定量分析初始参数对单纵模形成的影响，确定互相匹配的初始参数，使激光器输出单纵模脉冲激光。

2.如权利要求1所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于，步骤S1中所述激光器包括位于同一轴线上并依次光连接的泵浦光源、激光输入元件、激光增益介质、被动调Q晶体和激光输出镜；所述激光输入元件与被动调Q晶体间设置有薄膜；所述薄膜对泵浦光增透且对激光高反。

3.如权利要求2所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于：所述激光输入元件为激光腔输入镜或激光腔输入膜系。

4.如权利要求2所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于：所述泵浦光源和激光输入元件之间设置有聚焦装置。

5.如权利要求1所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于，步骤S1中所述初始参数包括输出镜反射率、激光器光学腔长和被动调Q晶体的初始透过率。

6.如权利要求1所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于，步骤S1中所述腔内相邻纵模受激发射截面比的计算公式为：

g＝Δn·σ(v，v₀)

其中，增益线型为f(v)，增益系数为g，纵模频率为v₀，相邻纵模间隔为Δv，相邻纵模频率为v＝v₀-Δv，计算出腔内相邻纵模受激发射截面比σ(v，v₀)。

7.如权利要求1所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于，步骤S2的具体计算过程为：

根据纵模功率和时间的关系表达式

P_n(t)＝P₀nexp[k_n(t-t_n)²]

其中，P_0n为第n个纵模刚开始建立时的噪声功率，t_n为第n个纵模增益等于损耗的时间，k_n表示单位时间内第n个纵模的增益系数；相邻的n+1模与n模在腔内经历q次往返后，相应的功率P_n+1和P_n的关系有如下的近似：

其中，δ_n+1和δ_n代表n+1模和n模在腔内往返一次的损耗，g_n+1代表第n+1个纵模的增益系数，g_n,代表第n个纵模的增益系数。

8.如权利要求1所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于，步骤S3中所述激光速率方程组为：

n_gs+n_es＝n_s0

其中，φ为初始光子密度数，n为增益介质反转粒子数密度，t_r为光在谐振腔内往返一周时间，c为真空中的光速，R为激光输出镜反射率，l和l_s分别为增益介质长度和可饱和吸收体的长度，σ为增益介质的受激发射截面，σ_gs和σ_es分别为可饱和吸收体的基态吸收截面和激发态吸收截面，τ_gs和τ分别为可饱和吸收体的基态恢复时间和增益介质的上能级寿命，γ表示增益介质的反转衰减因子，四能级系统中γ＝1，n_gs、n_es、n_s0分别为可饱和吸收体基态粒子数密度、激发态粒子数密度和总粒子数密度。

9.如权利要求4所述的基于参数优化实现激光器单纵模输出的方法，其特征在于：所述泵浦光源可发出波长为808纳米的激光；所述激光输入元件靠近聚焦装置一侧镀有对泵浦光的增透膜，激光输入元件靠近激光增益介质一侧镀有对泵浦光增透、对1064纳米激光高反的膜系；所述激光增益介质靠近激光输入元件一侧镀对泵浦光增透、对1064纳米光高反的薄膜；所述激光增益介质为Nd:YAG。