關于雙頻微片激光器的輸出特性仿真

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環(huán)境下的輸出數(shù)據(jù)。

關鍵詞：雙頻激光器；仿真；MATLAB

1 本文的目的及意義

近年來，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象。因為 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)測量速度的快慢和測量精度的高低對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在激光增益介質(zhì)兩端鍍膜來形成諧振腔的，所以其腔長一般比較短，易于實現(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，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，n 為增益介質(zhì)的折射率。因此相鄰縱模間的頻率差。

對于熒光譜寬為的激光增益介質(zhì)，振蕩時最多縱模數(shù)為：

因此激光器單縱模振蕩條件為。對于熒光普寬為的Nd：YVO4微片晶體，則需要腔長L<0.64mm；當最多兩個縱模起振時，則需要腔長L<0.96mm。

3 MATLAB仿真結(jié)果

此為初始條件nint=[0.89；0.89；0；0]，抽運脈沖速率wp=9，泵浦脈沖寬度tp=2.4*10^（-6），連續(xù)抽運脈沖Wd=2.95下的雙頻微片激光器的仿真波形，由此可見圖中產(chǎn)生了兩個脈沖，并有兩個波形同時輸出，但是兩個波長的峰值不同，它們之間有一個高度差，這稱為光強差。在第一次脈沖的時候，而，而在第二次脈沖時兩個光波都明顯下降，幾乎只有第一次脈沖的一半。合并后的光波長也如圖3-1所示，同樣第一次脈沖的波長，而第二次脈沖的波長。

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有明顯的變化，而第二次脈沖的波長和上圖相比都在減小。此時在圖3-2中第二次脈沖波長。從而我們發(fā)現(xiàn)初始條件的改變對龍格-庫塔算法的影響。隨著初始條件的減小，第二次脈沖的波長也減小，反之亦然。

從圖3-3發(fā)現(xiàn)，改變了抽運脈沖速率wp=7后，輸出波形也發(fā)生了明顯的變化，從原來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。得出此圖的原因應該是抽運脈沖速率的減小導致光子激發(fā)的速率減小，從而導致輸出光脈沖的減小。有此可得出結(jié)論，抽運脈沖速率與波形的關系，隨著抽運脈沖速率的減小，脈沖數(shù)量會越來越少，直到?jīng)]有輸出脈沖。反之，隨著抽運脈沖速率增大，脈沖數(shù)量會越來越多。

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

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

4結(jié)論

要實現(xiàn)激光器的仿真，一定要初始條件nint，抽運脈沖速率wp，連續(xù)抽運脈沖Wd這三個變量的數(shù)據(jù)有關。只有尋找適合的數(shù)據(jù)才能輸出合適的波形。因為輸出信號具有良好的相干性、頻率比較穩(wěn)定，對光生毫米波有一定程度的應用。所以可以利用光電探測器對輸出的雙縱模進行拍頻，從而得到具體的拍頻信號。而這種信號可以應用到ROF系統(tǒng)、激光雷達等高科技的系統(tǒng)中。

參考文獻：

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