章迪

摘要：本文主要仿真出雙頻微片激光器的的輸出特性，從而模擬激光器在真實(shí)環(huán)境下的輸出數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：雙頻激光器；仿真；MATLAB

1 本文的目的及意義

近年來(lái)，LD 泵浦雙頻 Nd：YAG 激光器成為發(fā)展大頻差、超大頻差雙頻激光器的主要研究對(duì)象。因?yàn)?Nd：YAG 晶體在室溫下的熒光線寬約為 150～180GHz，具有各向同性的特性，LD 泵浦 Nd：YAG 激光器容易實(shí)現(xiàn)基橫模輸出，并且閾值低，斜效率高，輸出功率穩(wěn)定，為發(fā)展大頻差、超大頻差雙頻激光器提供了條件。

由于雙頻激光干涉系統(tǒng)測(cè)量速度的快慢和測(cè)量精度的高低對(duì)于雙頻激光器頻差的大小依賴性大，那么頻差盡可能大的雙頻激光光源就顯得非常需要，因此研究大頻差和超大頻差雙頻激光器意義重大。

2 理論模型

微片激光器一般是通過(guò)在激光增益介質(zhì)兩端鍍膜來(lái)形成諧振腔的，所以其腔長(zhǎng)一般比較短，易于實(shí)現(xiàn)單縱模激光輸出。根據(jù)諧振腔原理可知，光在諧振腔內(nèi)振蕩形成駐波場(chǎng)，其本征頻率滿足條件：v=qc/2Ln，其中q=1，2，3…為軸向模或縱模的階數(shù)，c 為真空中的光速，L 為激光器腔長(zhǎng)，n 為增益介質(zhì)的折射率。因此相鄰縱模間的頻率差。

對(duì)于熒光譜寬為的激光增益介質(zhì)，振蕩時(shí)最多縱模數(shù)為：

因此激光器單縱模振蕩條件為。對(duì)于熒光普寬為的Nd：YVO4微片晶體，則需要腔長(zhǎng)L<0.64mm；當(dāng)最多兩個(gè)縱模起振時(shí)，則需要腔長(zhǎng)L<0.96mm。

3 MATLAB仿真結(jié)果

此為初始條件nint=[0.89；0.89；0；0]，抽運(yùn)脈沖速率wp=9，泵浦脈沖寬度tp=2.4*10^（-6），連續(xù)抽運(yùn)脈沖Wd=2.95下的雙頻微片激光器的仿真波形，由此可見(jiàn)圖中產(chǎn)生了兩個(gè)脈沖，并有兩個(gè)波形同時(shí)輸出，但是兩個(gè)波長(zhǎng)的峰值不同，它們之間有一個(gè)高度差，這稱為光強(qiáng)差。在第一次脈沖的時(shí)候，而，而在第二次脈沖時(shí)兩個(gè)光波都明顯下降，幾乎只有第一次脈沖的一半。合并后的光波長(zhǎng)也如圖3-1所示，同樣第一次脈沖的波長(zhǎng)，而第二次脈沖的波長(zhǎng)。

在改變初始條件nint=[0.88；0.88；0；0]后，光譜的輸出有了明顯的變化。我們發(fā)現(xiàn)，第一次脈沖在改變初始條件后并沒(méi)有明顯的變化，而第二次脈沖的波長(zhǎng)和上圖相比都在減小。此時(shí)在圖3-2中第二次脈沖波長(zhǎng)。從而我們發(fā)現(xiàn)初始條件的改變對(duì)龍格-庫(kù)塔算法的影響。隨著初始條件的減小，第二次脈沖的波長(zhǎng)也減小，反之亦然。

從圖3-3發(fā)現(xiàn)，改變了抽運(yùn)脈沖速率wp=7后，輸出波形也發(fā)生了明顯的變化，從原來(lái)的兩次脈沖變成了單次脈沖，脈沖高度與之前的第一次脈沖高度一致。得出此圖的原因應(yīng)該是抽運(yùn)脈沖速率的減小導(dǎo)致光子激發(fā)的速率減小，從而導(dǎo)致輸出光脈沖的減小。有此可得出結(jié)論，抽運(yùn)脈沖速率與波形的關(guān)系，隨著抽運(yùn)脈沖速率的減小，脈沖數(shù)量會(huì)越來(lái)越少，直到?jīng)]有輸出脈沖。反之，隨著抽運(yùn)脈沖速率增大，脈沖數(shù)量會(huì)越來(lái)越多。

我們將連續(xù)抽運(yùn)脈沖改成Wd=2.75后發(fā)現(xiàn)，漸漸的有一個(gè)脈沖波形出現(xiàn)了。

我們將連續(xù)抽運(yùn)脈沖改成Wd=2.85后發(fā)現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)有了一個(gè)完整的脈沖。有此可見(jiàn)連續(xù)抽運(yùn)脈沖對(duì)輸出波的影響非常大，隨著連續(xù)抽運(yùn)脈沖Wd的減小，激光器將無(wú)法輸出波形。

4結(jié)論

要實(shí)現(xiàn)激光器的仿真，一定要初始條件nint，抽運(yùn)脈沖速率wp，連續(xù)抽運(yùn)脈沖Wd這三個(gè)變量的數(shù)據(jù)有關(guān)。只有尋找適合的數(shù)據(jù)才能輸出合適的波形。因?yàn)檩敵鲂盘?hào)具有良好的相干性、頻率比較穩(wěn)定，對(duì)光生毫米波有一定程度的應(yīng)用。所以可以利用光電探測(cè)器對(duì)輸出的雙縱模進(jìn)行拍頻，從而得到具體的拍頻信號(hào)。而這種信號(hào)可以應(yīng)用到ROF系統(tǒng)、激光雷達(dá)等高科技的系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)：

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