章迪

摘要：本文主要仿真出雙频微片激光器的的输出特性，从而模拟激光器在真实环境下的输出数据。

关键词：双频激光器；仿真；MATLAB

1 本文的目的及意义

近年来，LD 泵浦双频 Nd：YAG 激光器成为发展大频差、超大频差双频激光器的主要研究对象。因为 Nd：YAG 晶体在室温下的荧光线宽约为 150～180GHz，具有各向同性的特性，LD 泵浦 Nd：YAG 激光器容易实现基横模输出，并且阈值低，斜效率高，输出功率稳定，为发展大频差、超大频差双频激光器提供了条件。

由于双频激光干涉系统测量速度的快慢和测量精度的高低对于双频激光器频差的大小依赖性大，那么频差尽可能大的双频激光光源就显得非常需要，因此研究大频差和超大频差双频激光器意义重大。

2 理论模型

微片激光器一般是通过在激光增益介质两端镀膜来形成谐振腔的，所以其腔长一般比较短，易于实现单纵模激光输出。根据谐振腔原理可知，光在谐振腔内振荡形成驻波场，其本征频率满足条件：v=qc/2Ln，其中q=1，2，3…为轴向模或纵模的阶数，c 为真空中的光速，L 为激光器腔长，n 为增益介质的折射率。因此相邻纵模间的频率差。

对于荧光谱宽为的激光增益介质，振荡时最多纵模数为：

因此激光器单纵模振荡条件为。对于荧光普宽为的Nd：YVO4微片晶体，则需要腔长L<0.64mm；当最多两个纵模起振时，则需要腔长L<0.96mm。

3 MATLAB仿真结果

此为初始条件nint=[0.89；0.89；0；0]，抽运脉冲速率wp=9，泵浦脉冲宽度tp=2.4*10^（-6），连续抽运脉冲Wd=2.95下的双频微片激光器的仿真波形，由此可见图中产生了两个脉冲，并有两个波形同时输出，但是两个波长的峰值不同，它们之间有一个高度差，这称为光强差。在第一次脉冲的时候，而，而在第二次脉冲时两个光波都明显下降，几乎只有第一次脉冲的一半。合并后的光波长也如图3-1所示，同样第一次脉冲的波长，而第二次脉冲的波长。

在改变初始条件nint=[0.88；0.88；0；0]后，光谱的输出有了明显的变化。我们发现，第一次脉冲在改变初始条件后并没有明显的变化，而第二次脉冲的波长和上图相比都在减小。此时在图3-2中第二次脉冲波长。从而我们发现初始条件的改变对龙格-库塔算法的影响。随着初始条件的减小，第二次脉冲的波长也减小，反之亦然。

从图3-3发现，改变了抽运脉冲速率wp=7后，输出波形也发生了明显的变化，从原来的两次脉冲变成了单次脉冲，脉冲高度与之前的第一次脉冲高度一致。得出此图的原因应该是抽运脉冲速率的减小导致光子激发的速率减小，从而导致输出光脉冲的减小。有此可得出结论，抽运脉冲速率与波形的关系，随着抽运脉冲速率的减小，脉冲数量会越来越少，直到没有输出脉冲。反之，随着抽运脉冲速率增大，脉冲数量会越来越多。

我们将连续抽运脉冲改成Wd=2.75后发现，渐渐的有一个脉冲波形出现了。

我们将连续抽运脉冲改成Wd=2.85后发现，我们发现有了一个完整的脉冲。有此可见连续抽运脉冲对输出波的影响非常大，随着连续抽运脉冲Wd的减小，激光器将无法输出波形。

4结论

要实现激光器的仿真，一定要初始条件nint，抽运脉冲速率wp，连续抽运脉冲Wd这三个变量的数据有关。只有寻找适合的数据才能输出合适的波形。因为输出信号具有良好的相干性、频率比较稳定，对光生毫米波有一定程度的应用。所以可以利用光电探测器对输出的双纵模进行拍频，从而得到具体的拍频信号。而这种信号可以应用到ROF系统、激光雷达等高科技的系统中。

参考文献：

[1]焦明星，张书练，梁晋文.大频差双折射双频Nd：YAG激光器。

[2]马红玉.半导体激光器泵浦的大功率脉冲绿光激光器。

[3]焦明星，祁瑞利.双频激光技术研究新进展及发展趋势[J].光学技术。