斜率效率59.80%的高效的Nd∶YAG陶瓷连续激光器
摘要：在本文中，一个高效的钛：蓝宝石端拱1 %的Nd：YAG陶瓷激光器是与已经研制得Nd:YAG单晶激光器在效率上是可以比较的。对Nd：YAG陶瓷光的吸收和发射光谱已经进行了测量。随着673兆瓦的泵浦，输出在1064纳米，295毫瓦的激光已获得。激光阈值仅为13毫瓦。扣除所发送的光，相应的光学转换效率为58.4%。Nd：YAG与Nd：YAG单晶的花边的特点基本相等。
自梅曼在1960发现了红宝石激光器，固体激光器得到了迅速发展，应用于各个领域。所有固态激光器中，Nd：YAG单晶发挥最重要的作用。但它通过Czochiralki法是很难制备YAG单晶掺杂gt; 1%元素，由于元素的有效分离系数为主机的材料是相当低的（0.2）。最近，Nd：YAG激光陶瓷材料受到了人们的广泛关注。由于Nd：YAG陶瓷的质量有了很大的、高效的激光振荡可以得到提高，陶瓷成为单晶体强有力的挑战者。与单晶相比，透明陶瓷具有制备工艺简单、成本低、体积大、掺杂浓度高、多层次、多功能的结构，且具有较高的性能生产等。这些优势使得激光设计更大的灵活性。
1996年初，热压CaF2掺镝似乎是第一个建立激光振荡报告的多晶材料。但几十年过去了，由于陶瓷主机的散射损耗太高，实现激光输出没有任何突破。直到1995，ikesue等，制备出高透明Nd:YAG陶瓷。这个这些样品的散射损耗（0.009）低，足够的激光输出的第一次。1999年，Yanaeitani 等，通过一种改进的尿素沉淀法，完成了Nd∶YAG陶瓷的研制。他们准备了精美的YAG颗粒（直径约10 nm）结合液相化学反应和预烧结技术。他陶瓷成型工艺和烧结工艺已用于制造高透明的Nd：YAG陶瓷的优化。这个晶粒尺寸平均直径约10微米，晶界宽度小于1纳米，晶粒边界较窄，孔体积非常低，保证了陶瓷样品内部的低散射损耗。在参考文献中，实验结果表明，高效连续Nd∶YAG陶瓷的激光输出为20 mW，斜率效率为60.9%的振荡阈值。同样在参考文献中，高功率连续激光振荡：YAG陶瓷棒使用虚拟点光源（VPS）抽油系统演示。用290W泵浦抽运，72W激光输出波长为1064 nm已获得。
光吸收，Nd：YAG陶瓷的发射光谱进行了测量和比较的单晶体，获得了非常相似的结果。
室温下的Nd：YAG陶瓷吸收光谱1 %和Nd：YAG单晶1.1%为图1所示。从中，我们可以发现，两光谱几乎是相同的，除了在陶瓷%1吸收强度稍差单晶1.1%，由于这两样品的不同浓度的。在陶瓷1%的主要吸收峰在808 nm处，类似于单晶体。
图1 770和850 nm之间的吸收光谱（a）1%陶瓷和（B）1.1 %的单晶体
图2分别显示了室温下的发射光谱为YAG陶瓷1%和1.1%的Nd：YAG单晶。此外，除了强度，两者的光谱几乎相同。在陶瓷1%的发射峰位于1064 nm，一样在单晶体1.1%。
图2 （a）1%的陶瓷和（B）1.1%的单晶体的808 nm激发钛：蓝宝石激光发射光谱
激光实验装置如图3所示。在Nd：YAG1%的陶瓷激光器采用利用钛：蓝宝石泵浦方案。一个里面是75毫米焦距陶瓷镜头，808 nm泵浦光的Ti：蓝宝石激光聚焦到gt; 50点光斑半径。1.2mm厚Nd：YAG1%陶瓷为涂HR-1064nm和AR-808nm薄膜作为一端的激光谐振腔反射镜，另一端是减反射涂层在1064nm降低谐振腔的损耗。在所有的测量，我们使用一个1064nm反射率为95%凹面镜作为50mm半径输出耦合器。腔长约47毫米。一个1mm厚的Nd：YAG1.1%单晶样品进行比较。该涂层与陶瓷样品相同。
图3 激光实验装置示意图
图4分别显示了激光输出随泵浦功率为1%钕Nd:YAG陶瓷激光器和1.1%Nd：YAG单晶。在1%陶瓷阈值为13兆瓦，是非常接近单晶（12MW）。他斜率效率分别为45%的陶瓷激光和47%的单晶激光。用于陶瓷激光的光学转换效率相对应的光学转换效率为44%，单晶体激光转换效率为46%。阈值和斜率效率表明，这2种激光材料共享额外的，普通的激光输出特性。
图4 在1064纳米与泵浦功率的激光输出
由于陶瓷样品和单晶样品有不同的掺杂浓度和厚度，在这里所吸收的泵浦功比入射泵浦功率更合理，这意味着发送的光已扣除。因此，我们使用吸收的功率来计算效率，并得到一个新的结果。如表1显示，斜率效率为59.8%，相应的光-光转换效率为58.4%，为1%的Nd：YAG陶瓷激光器。这些结果是非常接近参考文献中的最佳数据报道（斜率效率= 60.9%，O-O效率= 59.4%）。在我们的实验中，没有饱和现象，增加泵的功率，输出功率将增加。
表1 根据吸收泵功率计算的激光参数
总之，新一代高效陶瓷激光器和Nd：YAG晶体激光器具有相同的效率。Nd：YAG陶瓷激光器性能的退出与808nm激光通过光散射损失影响较大，并可通过降低损失，提高性能。能够制造大尺寸（现在大约50times;10毫米的样品是可用的），高浓度（高达4.8%的浓度），Nd∶YAG陶瓷激光器提供了设计的灵活性和期权定价。他们是很好的替代Nd：YAG单晶。这些仍在不断发展的陶瓷激光器有可能大大改变今天的市场对固态激光器。
水下声信号的激光遥感
周天华 何宁
摘要：
一些水下目标可以发出正常的声波。当水下声信号波动的压力变化向水面时，可能会引起水与空气界面处的轻微扰动，这意味着，反射的激光束进行的水下声信号的信息，因为相应的激光束调制。通过光电探测、解调和反射或散射光束的变换波形的检测，得到了一些激光必要的信息。结合激光束在自由空间中的传输特性，提出了一种新的激光遥感技术，这是一种有效的方法识别水下目标，实现对板上的主动扫描，采集，指向和跟踪范围很广。实验验证了激光探测水下声信号的可行性。
- 简介
如何有效、灵活地检测水声信号是一个重要而困难的问题。常用的方法包括声波和电的方法。本文提出了一种利用激光遥感探测水下声信号的新方法。声波是一种弹性波，其传播是良好的，特别是在水里。当声波在海洋中传播时，其衰减较低，其速度比其他形式的辐射能更大。由于这些特性，声信号用于探测水下目标。另一方面，众所周知，激光是一种高相干光。在空气中，它的传播是非常好的。因此，它被广泛地用作一种检测方式。如果我们能结合这两个物理场在一起，必须有一个很好的方法来检测和识别水下物体。
本文主要讨论了新型激光遥感探测水下声信号的实现。其部分如下。在2部分中，给出了水下声信号的激光遥感的基本原理。检测的方法是设计在3节。在4节中，一个实验被展示和分析。最后，在第5部分，对水下声学信号的性能和可行性进行了分析，并给出了其可行性。
- 基本原理
通常一些水下目标可以发出正常的声音（图1）。当声波所产生的声波到达水面时，会产生扰动气-水界面。这些扰动导致了激光束反射的水表面上的振幅调制效应。反射激光束包含水下声信号的信息。一些重要的或必要的信息，可以通过光电探测，解调和反射波变换或分散光束得到。考虑到声信号在自由空间中的传输特性，这是识别水下目标和实现车载主动扫描，采集的一种有效方式，在很宽的范围内利用激光遥感水下声随机信号瞄准和跟踪。
根据流体力学在水表面的二维横向微波的研究的基本方程。结果表明，在距离h上，点会随频率震动。并且水下声波可以描述为
（1）
图1 功能框图
它可以使微波传输沿横向X轴。这波可以描述为
（2）
在水面上的扰动是由三个领域，即声波压力，表面张力和重力力引起的结果。水表面波的速度不仅是水下声信号的速度，而且也不是在空气中的速度。它应遵循重力波和面波的传播原理。而最重要的是，在水面上的微波频率等于水下声信号。所以水表面的振动能得到
（3）
其中。它表明，在水表面的横向微波的水下声学信号之间的关系。因为这些，使用激光探测水下声信号不会有失真。因此，我们可以利用激光束探测水表面微扰的信息，得到的水下声信号的信息。微扰的信息可以影响激光束的振幅，相位和频率。在接收机中，可以通过解调恢复水声信号。
- 检测方案
根据上述分析，通过研究表面扰动的振动可以来探测水下声信号的特性。在本文中，给出了三个检测方案。
3.1 直接检测
在水面上的振动可以直接检测到（图2）。对于水面的一个点，使用成熟的激光测距技术，可以得到它的距离变化。并且可以得到表面微波的信息。最后，通过对这些信息的分析，得到了水下声信号的频率。
图2 直接检测
除此之外，通过分析接收机接收到的磁通量的变化（图2），可以得到频率这种方式的基于的幅度调制。在接收端，包络检测用于解调的水声信号的频率。
3.1 间接检测
间接检测手段就是在激光束照射到水面前，激光束已经被调制（图3）。激光束一开始通过声光调制器。然后利用空间滤波方法得到主衍射光。在同一时间，光信号成为载波信号，其频率为1000千赫。通过会聚控制系统后，这些激光束照射到水面，产生的表面扰动。用光电倍增管作为接收器，反射的激光束会被检测到。
图3 间接检测
3.3 相干检测
上述2种方法都是基于非相干检测。为了提高检测灵敏度，提出了基于相干检测的检测方法。并且两频率的相干检测是主要的，包括零拍接收，外差接收和自差接收。零拍接收由零中频和非零中频构成。只有一个激光发射器，它被用作本地振荡器和反射器。它可以提供一个非零中频由移动的目标或发射器所产生的频移。外差接收包括一个或两个激光发射器。当有2个激光发射器，一个是用作本地振荡器，并且另一个用于发射的载流子的光。如果只有一个激光发射器，一个激光束被分为2个。这些光束在频移后用作本地振荡器。自差接收像外差接收这只包括一个激光发射器。他唯一的区别是，这两者之间是有频移的地方振荡器。相干检测可以得到高灵敏度的本地振荡器增益。它可以适用于每一个调制方式，像AM,FM,PM。考虑到实际情况，自拍接收是最好方式（图4）。
图4 相干检测
3.4 实施和实验
上面提到的每一种方法都有自己的优点和缺点。根据实际情况，采用直接检测和间接检测两者的方法，在本实验中对不同的性能进行比较。
没有气流实验是成功的。他指出利用激光探测水下声信号的方法是可行的。并且得出一些重要的结论。
- 这2种方法检测的频率近似等于水下声信号的频率。而检测的频率和位置之间的关系是不存在的。但检测器的位置将影响检测到的信号的幅度。它表明，通过接收的反射激光束或散射的激光束时，接收器被放置在反射方向的变化的频率将被检测到。但只有接收器被放置在反射激光束的轴线上，接收的磁通量是最大的。通过对不同深度的不同程度的结果进行分析，发现随着水下声源深度的增加，检测到的信号幅度将会降低。对于检测点和水下声源的不同距离，波形大致相同。而检测到的信号幅度随距离的增加而减小,失真将增加。
- 直接检测和间接检测，众所周知，直接检测设备比较简单。激光发射器和光电探测器的要求是较低的。而另一方面，其探测深度较低，其振幅频率响应特性差。因为这些，更高的频率将不会被检测地很好。如果使用间接检测，检测灵敏度会更好，检测到的频率范围将更宽。
- 总结
根据上述讨论，给出了用于检测水声信号的三种方法，并间接检测和直接检测之间的主要区别是众所周知的。但是最重要的方法--相干检测-是没有再引入，因为它很难实现。然而，对于相干检测和其他相比，有更多的优势。所以未来的工作就是实现这一途径。一般而言，使用激光探测水下声信号有一定的优势。它可以用来实现快速扫描和主动探测水下隐蔽的目标。通过研究这一领域，它可以用来弥补实际水下检测不完善。同时，它可以提供更好的流动性和性能。由于这些重要的理论和应用，这一领域值得深入研究。
同轴几何双波长可调谐闪光泵浦Nd：YAG激光
摘要：我们提出利用泵浦光的聚焦效应，在一侧的棒状激光泵浦Nd：YAG激光（闪光灯或二极管泵浦）获得高效的双波长操作定额。在方便选择的条件下，与周边的杆件相比，由杆的聚焦提高了近轴杆件的泵浦功率密度约2倍。聚焦能强烈促进和增加能量在轴向部分弱激光线的生成。这种优势是利用同轴双通道激光的结构，在光分离的轴向和周边部分的杆产生各自的光谱选择性谐振器。除了在2个波长（线）竞争的产生，其他特定的和所提出的激光解决方案的基本优点是：（1）在一个较弱的线产生的排放（在轴向产生）和更强的线（外周部分），同时均衡的能量而不为本身损失的能量泵化；（2）在使用全杆卷的同时，产生和排放的废气是同轴的。我们已经认识到这样一个激光闪光泵浦（产量times;0.45 J；线的双调谐1.06，1.32，1.34，1.36和1.44的LM）进行操作的实验和理论研究，包括被动调Q。
关键词：双波长Nd：YAG激光，同轴几何，激光棒聚焦效应，低竞争时代，闪光灯泵浦，独立控制
- 介绍
在光谱和光学仪器的激光光在两个或两个以上的波长，特别是，在两个不同的发射线（或颜色）经常采用。这样的光是在远程监测气体污染物和气溶胶在大气中的基本利益（激光雷达）和差分吸收光谱（spinhirne等人。1997；zanzottera 1990；vaicikauskasa等人。2006，Farley and Dao，1995）；在光谱学，
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