一种测量激光晶体受激发射截面的方法及装置

1.本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种测量激光晶体受激发射截面的方法及装置。


背景技术：

2.全固态激光器因在实现高功率输出时能够兼具低噪声、窄线宽、完美光束质量等特性，在了量子信息、冷原子物理、精密光谱、精密测量、激光加工、激光雷达、激光遥感、光电对抗等基础科学研究、工业制造加工、国防安全等领域被广泛应用。激光晶体是产生振荡激光的载体，是构成激光器的三要素之一，激光晶体的受激发射截面是其一项重要的参数，光晶体的受激发射截面直接决定激光晶体的小信号增益系数和激光器的饱和激光强度，最终影响激光器的输出功率和光-光转换效率。在全固态激光器以及全固态激光放大器的研制中，精确得到激光晶体在实际运转条件下的受激发射截面对激光器和激光放大器参数结构设计至关重要。同时，精确测量激光器实际运转状态下激光晶体的受激发射截面能为激光器维护中判定晶体性能是否完好、晶体温控元件是否正常工作提供参考依据，对于后期激光器设计优化起关键作用。
3.当前，激光晶体有效发射截面的测量主要是基于荧光光谱法，主要是采用单色仪或者荧光光谱仪测量激光晶体发射的荧光光谱，得到荧光发射谱带的有效半宽度，根据荧光强度随时间的衰减特性得到荧光寿命。该过程中为了避免产生激光的影响，通常是在低抽运激光注入激光晶体以及激光晶体处于恒温箱的条件下测量晶体发射荧光光谱。
4.虽然目前对激光晶体受激发射截面的测量有许多报道，但是同一种类激光晶体所列出的受激发射截面有较大差异，由于测量状态活所用晶体的不同生长条件造成。同时，荧光光谱法对于正在调试或者已经封装的激光器激光晶体受激发射截面的测量无能为力。在激光器实际运转状态下，抽运激光功率远高于激光阈值。并且在激光器实际运转状态下激光晶体的受激发射截面受晶体温度分布特征的影响，具体表现为激光晶体受激发射截面随晶体温度的升高而快速降低。激光晶体的温度分布特征受激光无辐射跃迁过程产生的热负载、激光晶体温控装置实际的控温效果等因素的影响。激光晶体的真实受激发射截面受晶体掺杂浓度以及注入晶体抽运激光功率的影响，较高掺杂浓度和抽运激光功率均会加剧激光晶体的热负载，减小晶体的实际受激发射截面，降低激光器的光-光转换效率。
5.因此，现有激光晶体有效发射截面的测量方法存在测量不精准的问题，不易于在全固态激光器实际运转状态下精确测量激光晶体受激发射截面。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是现有激光晶体有效发射截面的测量方法存在测量不精准的问题，不易于在全固态激光器实际运转状态下精确测量激光晶体受激发射截面。
7.本发明目的在于提供一种测量激光晶体受激发射截面的方法及装置，本发明操作简单、结果准确，易于在全固态激光器实际运转状态下精确测量激光晶体受激发射截面。本
发明能够精确测量激光器实际运转状态下激光晶体的受激发射截面，有助于精准预测激光器输出特性和优化激光器结构参数设计。
8.本发明通过下述技术方案实现：
9.第一方面，本发明提供了一种测量激光晶体受激发射截面的方法，该方法包括以下步骤；
10.测量激光器的强度噪声，并从激光器的强度噪声谱线中读取激光器的弛豫振荡频率测量值ωm；
11.根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，利用激光器弛豫振荡频率的理论函数作函数曲线图；所述函数曲线图是以激光器激光晶体受激发射截面理论值σs为自变量，且以激光器的弛豫振荡频率理论值ω
off
为因变量的函数曲线图；
12.当所述弛豫振荡频率测量值ωm等于所述弛豫振荡频率理论值ω
off
时，所述函数曲线图中所述弛豫振荡频率测量值对应的横坐标的值，即为激光器的被测激光晶体在注入抽运功率p
in
该运转状态下实际的受激发射截面。
13.工作原理是：现有激光晶体有效发射截面的测量方法均是直接测量法，存在测量不精准的问题，不易于在全固态激光器实际运转状态下精确测量激光晶体受激发射截面。本发明考虑到在全固态激光器的全量子噪声理论函数中，激光器激光晶体的受激发射截面直接影响激光晶体原子跃迁与激光腔模耦合的受激辐射速率；激光器腔内振荡光子数是原子跃迁与激光腔模耦合的受激辐射速率的函数；激光器的弛豫振荡频率是关于激光器激光晶体原子跃迁与激光腔模耦合的受激辐射速率与激光器腔内振荡光子数的函数。因此，激光器弛豫振荡频率与激光晶体的受激发射截面之间存在函数关联特性。本发明在激光器稳定运转状态下，利用自零拍噪声探测装置可以测量得到激光器的强度噪声，从激光强度噪声谱线可以获取得到激光弛豫振荡频率测量值。根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，理论上作以激光器激光晶体受激发射截面σs为自变量，以激光弛豫振荡频率ω
off
为因变量的函数曲线图。令测量得到的激光弛豫振荡频率测量值与理论函数曲线图激光弛豫振荡频率理论值相同，读取对应的横坐标的值，即为该激光器激光晶体在该运转状态下实际的受激发射截面。本发明尤其适用于稳定运转全固态激光器激光晶体在实际运转状态下受激发射截面的测量。
14.与现有技术直接测量法相比，具有如下优势：
15.1、本发明为一种间接测量法，易于在全固态激光器实际运转状态下精确测量激光晶体受激发射截面；在对全固态激光器激光晶体受激发射截面测量时，装置简单，操作方便，成本低廉。
16.2、本发明具有普遍适用性，对激光二极管泵浦的可见光和近红外激光器、全固态激光器泵浦的中红外激光器、光纤激光器泵浦的中红外激光器激光晶体在实际状态下受激发射截面的测量均适用。
17.3、本发明对于高功率、中等功率、低功率稳定运转激光器中激光晶体受激发射截面的测量均适用。
18.4、本发明测量得到的全固态激光器激光晶体受激发射截面为激光器实际运转状态下的激光晶体受激发射截面值，包含了激光晶体的温度分布特性对激光晶体受激发射截面的影响。
19.5、本发明对于正在调试的、已经封装的全固态激光器激光晶体在实际运转状态下的受激发射截面测量均适用。
20.进一步地，所述的测量激光器的强度噪声是利用自零拍噪声探测装置测量激光器的强度噪声。
21.进一步地，所述激光器为全固态激光器。
22.进一步地，所述被测激光晶体安装于全固态激光器中，满足在激光器噪声测量过程中激光器处于稳定运转状态。
23.进一步地，所述弛豫振荡频率理论值ω
off
的计算公式为：
[0024][0025]
式中，κ为激光器总的腔衰减速率，g为激光器激光晶体原子跃迁与激光器腔模之间耦合的受激辐射速率，α为腔内光子数。
[0026]
进一步地，激光器总的腔衰减速率的计算公式为：
[0027]
κ＝κm κ
l
ꢀꢀꢀ
(2)
[0028]
式中，为激光器输出耦合镜引起的腔衰减速率，为激光器腔内损耗引起的腔衰减速率，为振荡激光在激光器谐振腔内的寿命，l2为光在谐振腔中单次往返的腔长。
[0029]
进一步地，激光器激光晶体原子跃迁与激光器腔模之间耦合的受激辐射速率的计算公式为：
[0030][0031]
式中，σs为激光受激发射截面，ρ
lm
＝ρc*cw为增益介质中掺杂原子密度，ρc为掺杂原子浓度为1.0％对应的原子密度，cw为增益介质的掺杂浓度，c为光速，l1为激光晶体原子掺杂长度，l2为光在谐振腔中单次往返的腔长，n为激光晶体的折射率。
[0032]
进一步地，腔内光子数的计算公式为：
[0033][0034]
式中，为下能级自发辐射速率，为上能级自发辐射速率，τf为上能级反转粒子的荧光寿命，j2为基态粒子数分布几率，j2表示为：其中，γ为泵浦速率，γ表示为：其中，p
in
为测量激光器强度噪声时对应的激光器中激光二极管抽运功率，η
t
为抽运光传输效率(进入增益介质中的抽运光功率与激光二极管输出的抽运光功率之比)，ηa＝1-exp(-αl1)为增益介质的吸收效率，α是增益介质对泵浦激光的吸收系数，为量子效率，v
l
为输出激光频率，v
p
为泵浦激光频率，h为普朗克常数，n
lm
为激光介质中的所利用的掺杂离子数，表示为：n
lm
＝ρ
lm
*vm，其中，vm为抽运激光在激光晶体处的模
体积，表示为：其中，ω
p
为抽运激光在激光晶体中心的束腰半径，λ
p
为抽运激光的波长。
[0035]
从公式(1)、(2)、(3)、(4)中可以看出，在激光器泵浦功率和腔型结构参数确定的条件下，激光器弛豫振荡频率是激光晶体受激发射截面的函数。因此，在激光器稳定运转时(p
in
为确定值)，根据激光器的实际参数，可以得到激光器激光晶体受激发射截面σs为自变量，以激光器弛豫振荡频率ω
off
为因变量的函数曲线图。
[0036]
在激光器稳定运转时(p
in
为确定值)，利用自零拍噪声探测装置测量激光器的强度噪声，可以从激光强度噪声谱线中读取激光器真实的弛豫振荡频率测量值ωm。
[0037]
当实际测量的强度噪声谱线中的ωm与函数曲线图中振荡频率理论值ω
off
相同时，函数曲线图中ωm对应的横坐标的值，即为该激光器激光晶体在注入抽运功率p
in
该运转状态下的实际受激发射截面。
[0038]
第二方面，本发明又提供了一种测量激光晶体受激发射截面的装置，其特征在于，该装置支持所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，该装置包括：
[0039]
测量单元，用于测量激光器的强度噪声，并从激光器的强度噪声谱线中读取激光器的弛豫振荡频率测量值ωm；
[0040]
理论作图单元，用于根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，利用激光器弛豫振荡频率的理论函数作函数曲线图；所述函数曲线图是以激光器激光晶体受激发射截面理论值σs为自变量，且以激光器的弛豫振荡频率理论值ω
off
为因变量的函数曲线图；
[0041]
判断计算单元，用于当所述弛豫振荡频率测量值ωm等于所述弛豫振荡频率理论值ω
off
时，所述函数曲线图中所述弛豫振荡频率测量值对应的横坐标的值，即为激光器的被测激光晶体在注入抽运功率p
in
该运转状态下实际的受激发射截面。
[0042]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0043]
1、本发明为一种间接测量法，易于在全固态激光器实际运转状态下精确测量激光晶体受激发射截面；在对全固态激光器激光晶体受激发射截面测量时，装置简单，操作方便，成本低廉。
[0044]
2、本发明具有普遍适用性，对激光二极管泵浦的可见光和近红外激光器、全固态激光器泵浦的中红外激光器、光纤激光器泵浦的中红外激光器激光晶体在实际状态下受激发射截面的测量均适用。
[0045]
3、本发明对于高功率、中等功率、低功率稳定运转激光器中激光晶体受激发射截面的测量均适用。
[0046]
4、本发明测量得到的全固态激光器激光晶体受激发射截面为激光器实际运转状态下的激光晶体受激发射截面值，包含了激光晶体的温度分布特性对激光晶体受激发射截面的影响。
[0047]
5、本发明对于正在调试的、已经封装的全固态激光器激光晶体在实际运转状态下的受激发射截面测量均适用。
附图说明
[0048]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0049]
图1为本发明一种测量激光晶体受激发射截面的方法流程图。
[0050]
图2为本发明一种测量激光晶体受激发射截面的方法的实施方案图。
[0051]
图3为实施方案中具体对全固态激光器激光晶体受激发射截面测量装置结构示意图。
[0052]
图4为利用零拍噪声探测装置测量的激光器得到的强度噪声谱线图。
[0053]
图5为根据测量得到的强度噪声谱线与激光晶体受激发射截面理论值σs和激光弛豫振荡频率理论值ω
off
的函数曲线图得到激光晶体在实际运转状态下受激发射截面的演示图。
[0054]
图6为本发明一种测量激光晶体受激发射截面的装置结构示意图。
[0055]
附图标记及对应的零部件名称：
[0056]
1-泵浦源，2-自零拍噪声探测装置，3-耦合系统，4-输入耦合镜，5-凹凸透镜，6-平凹透镜，7-输出耦合镜，8-激光晶体，9-光学单向器。
具体实施方式
[0057]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0058]
实施例1
[0059]
如图1所示，本发明一种测量激光晶体受激发射截面的方法，该方法包括以下步骤；
[0060]
测量激光器的强度噪声，并从激光器的强度噪声谱线中读取激光器的弛豫振荡频率测量值ωm；
[0061]
根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数(激光器的实际参数包括：激光单次往返腔长l2、激光晶体掺杂长度l1、激光晶体折射率n、反转粒子数荧光寿命τf、下能级粒子寿命τ、激光晶体掺杂离子浓度cw、抽运功率p
in
，抽运激光波长λ
p
，抽运激光频率v
p
，激光频率v
l
，抽运激光在激光晶体中心的束腰半径ω
p
、输出耦合镜透射率t、激光器腔内损耗δ、激光波长λ
l
、抽运激光传输效率ηa、量子效率ηq、增益介质对泵浦激光的吸收系数α、掺杂原子浓度为1.0％对应的原子密度ρc)，利用激光器弛豫振荡频率的理论函数作函数曲线图；所述函数曲线图是以激光器激光晶体受激发射截面理论值σs为自变量，且以激光器的弛豫振荡频率理论值ω
off
为因变量的函数曲线图；
[0062]
当所述弛豫振荡频率测量值ωm等于所述弛豫振荡频率理论值ω
off
时，所述函数曲线图中所述弛豫振荡频率测量值对应的横坐标的值，即为激光器的被测激光晶体在注入抽运功率p
in
该运转状态下实际的受激发射截面。
[0063]
工作原理是：本发明考虑到在全固态激光器的全量子噪声理论函数中，激光器激光晶体的受激发射截面直接影响激光晶体原子跃迁与激光腔模耦合的受激辐射速率；激光器腔内振荡光子数是原子跃迁与激光腔模耦合的受激辐射速率的函数；激光器的弛豫振荡
频率是关于激光器激光晶体原子跃迁与激光腔模耦合的受激辐射速率与激光器腔内振荡光子数的函数。因此，激光器弛豫振荡频率与激光晶体的受激发射截面之间存在函数关联特性。本发明在激光器稳定运转状态下，利用自零拍噪声探测装置可以测量得到激光器的强度噪声，从激光强度噪声谱线可以获取得到激光弛豫振荡频率测量值。根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，理论上作以激光器激光晶体受激发射截面σs为自变量，以激光弛豫振荡频率ω
off
为因变量的函数曲线图。令测量得到的激光弛豫振荡频率测量值与理论函数曲线图激光弛豫振荡频率理论值相同，读取对应的横坐标的值，即为该激光器激光晶体在该运转状态下实际的受激发射截面。本发明尤其适用于稳定运转全固态激光器激光晶体在实际运转状态下受激发射截面的测量。
[0064]
实施例2
[0065]
如图2至图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，具体实施时，下面结合图2-5对本发明进行进一步说明，但是本发明的适用范围不限于本实施案。图2为本发明总的实施方案，在全固态激光器稳定运转状态下，采用自零拍噪声探测装置测量激光器的强度噪声。图3为实施方案中具体被测全固态激光器激光晶体受激发射截面测量装置结构示意图。激光晶体受激发射截面测量的具体实施方案在四镜环形腔结构的全固态连续1064nm连续激光器中进行。
[0066]
由图3可知，具体被测全固态激光器激光晶体受激发射截面测量装置包括泵浦源1、耦合系统3、输入耦合镜4、平凸透镜5、平凹透镜6、输出耦合镜7、激光晶体8、光学单向器9和自零拍噪声探测装置2；激光谐振腔是个由输入耦合镜4、平凸透镜5、平凹透镜6、输出耦合镜7四个镜子构成的蝶形环形腔，这里的输入耦合镜4是曲率半径为r＝1500mm的凹凸透镜，平凸透镜5的曲率半径为r＝1500mm，平凹透镜6和输出耦合镜7是两个曲率半径为r＝-100mm的平凹透镜。输入耦合镜4上镀有808nm的高透膜(t
808nm
＞99.5％)以及1064nm的高反膜(r
1064nm
＞99.7％)。平凸透镜5、平凹透镜6上镀了1064nm的高反膜(r
1064nm
＞99.7％)。输出耦合镜7镀了1064nm透过率为t
1064nm
＝20％的膜。泵浦源1为808nm光纤耦合激光二极管，耦合光纤的纤芯直径和数值孔径分别是400μm以及0.22。泵浦激光1经耦合系统3聚焦于激光晶体8中心处的腰斑为0.510mm。激光晶体8是由一块3mm未掺杂端，及15mm以0.2at.％掺nd的复合yvo4/nd：yvo4(s1，s2：ar
808nm；1064nm
)。激光晶体8的后端切了一个1.5
°
的小角度，以保证激光稳定的偏振性。为消除空间烧孔效应以及为达到激光的单向传播，谐振腔中使用了一个由6mm长的铽镓石榴石(tgg)晶体和半波片组成的光学单向器9。蝶形环形腔的腔长为450mm。在稳定运转状态下注入808nm抽运激光功率为52w。利用零拍噪声探测装置测量的激光器得到的强度噪声谱线如图4所示，激光器的弛豫振荡频率测量值ωm＝594.752khz。在808nm抽运激光功率为52w状态下，根据激光器实际参数：激光晶体长度l1＝1.5
×
10-2
m，激光单次往返腔长l2＝0.45m，激光晶体折射率n＝1.976，荧光寿命τf＝1
×
10-4
s，下能级粒子寿命τ＝3
×
10-8
s，激光晶体掺杂nd
3
离子浓度cw＝0.2at.％，阿伏伽德罗常数na＝6.02
×
10
23
，光速c＝2.997
×
10m/s，普朗克常数h＝6.63
×
10-34
，抽运激光在激光晶体中心的束腰半径ω
p
＝0.51mm，增益介质对泵浦激光的吸收系数α＝320/m，输出耦合镜透射率t＝0.2，激光器腔内损耗δ＝0.035，η
t
＝0.98(抽运激光传输效率ηa＝0.98，量子效率ηq＝0.76，激光二极管的抽运功率p
in
＝52w，抽运激光波长λ
p
＝808
×
10-9
m，抽运激光频率激光频
率增益介质中掺杂原子密度ρ
lm
＝ρc*cw＝1.26*10
26
*cw。根据以上激光器的实际参数，作以激光器激光晶体受激发射截面σs为自变量，以激光器弛豫振荡频率ω
off
为因变量的函数曲线图，如图5所示。图5中，令ωm＝ω
off
时，实际测量的激光器弛豫振荡频率直线与函数曲线图产生交点，与该交点对应的横坐标即为蝶形环形腔激光器中激光晶体在注入808nm抽运激光功率为52w时的实际受激发射截面：σs＝2.42275593*10-22
m2。
[0067]
由此可知，本发明为一种间接测量法，测量精准；易于在全固态激光器实际运转状态下精确测量激光晶体受激发射截面；在对全固态激光器激光晶体受激发射截面测量时，装置简单，操作方便，成本低廉。本发明具有普遍适用性，对激光二极管泵浦的可见光和近红外激光器、全固态激光器泵浦的中红外激光器、光纤激光器泵浦的中红外激光器激光晶体在实际状态下受激发射截面的测量均适用。本发明测量得到的全固态激光器激光晶体受激发射截面为激光器实际运转状态下的激光晶体受激发射截面值，包含了激光晶体的温度分布特性对激光晶体受激发射截面的影响。
[0068]
同时，本发明对于正在调试的、已经封装的全固态激光器激光晶体在实际运转状态下的受激发射截面测量均适用。
[0069]
实施例3
[0070]
如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种测量激光晶体受激发射截面的装置，该装置支持实施例1所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，该装置包括：
[0071]
测量单元，用于测量激光器的强度噪声，并从激光器的强度噪声谱线中读取激光器的弛豫振荡频率测量值ωm；
[0072]
理论作图单元，用于根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，利用激光器弛豫振荡频率的理论函数作函数曲线图；所述函数曲线图是以激光器激光晶体受激发射截面理论值σs为自变量，且以激光器的弛豫振荡频率理论值ω
off
为因变量的函数曲线图；
[0073]
判断计算单元，用于当所述弛豫振荡频率测量值ωm等于所述弛豫振荡频率理论值ω
off
时，所述函数曲线图中所述弛豫振荡频率测量值对应的横坐标的值，即为激光器的被测激光晶体在注入抽运功率p
in
该运转状态下实际的受激发射截面。
[0074]
本发明适合稳定运转下全固态激光器激光晶体实际受激发射截面的测量。
[0075]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0076]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0077]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0078]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0079]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：测量激光器的强度噪声，并从激光器的强度噪声谱线中获取激光器的弛豫振荡频率测量值；根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，利用激光器弛豫振荡频率的理论函数作函数曲线图；所述函数曲线图是以激光器激光晶体受激发射截面理论值为自变量，且以激光器的弛豫振荡频率理论值为因变量的函数曲线图；当所述弛豫振荡频率测量值等于所述弛豫振荡频率理论值时，所述函数曲线图中所述弛豫振荡频率测量值对应的横坐标的值，即为激光器的被测激光晶体在注入抽运功率该运转状态下实际的受激发射截面。2.根据权利要求1所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，所述的测量激光器的强度噪声是利用自零拍噪声探测装置测量激光器的强度噪声。3.根据权利要求1所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，所述激光器为全固态激光器。4.根据权利要求3所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，所述被测激光晶体安装于全固态激光器中，满足在激光器噪声测量过程中激光器处于稳定运转状态。5.根据权利要求1所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，所述弛豫振荡频率理论值的计算公式为：式中，ω
off
为弛豫振荡频率理论值，κ为激光器总的腔衰减速率，g为激光器激光晶体原子跃迁与激光器腔模之间耦合的受激辐射速率，α为腔内光子数。6.根据权利要求5所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，激光器总的腔衰减速率的计算公式为：κ＝κ
m
κ
l
式中，为激光器输出镜耦合镜引起的腔衰减速率，为激光器腔内损耗引起的腔衰减速率，为振荡激光在激光器谐振腔内的寿命，l2为光在谐振腔中单次往返的腔长。7.根据权利要求5所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，激光器激光晶体原子跃迁与激光器腔模之间耦合的受激辐射速率的计算公式为：式中，σ
s
为激光受激发射截面，ρ
lm
＝ρ
c
*c
w
为增益介质中掺杂原子密度，ρ
c
为掺杂原子浓度为1.0％对应的原子密度，c
w
为增益介质的掺杂浓度，c为光速，l1为激光晶体原子掺杂长度，l2为光在谐振腔中单次往返的腔长，n为激光晶体的折射率。8.根据权利要求5所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，腔内光子数的计算公式为：
式中，为下能级自发辐射速率，为上能级自发辐射速率，τ
f
为上能级反转粒子的荧光寿命，j2为基态粒子数分布几率，j2表示为：其中，γ为泵浦速率，γ表示为：其中，p
in
为测量激光器强度噪声时对应的激光器中激光二极管抽运功率，η
t
为抽运光传输效率，η
a
＝1-exp(-αl1)为增益介质的吸收效率，α是增益介质对泵浦激光的吸收系数，为量子效率，ν
l
为输出激光频率，ν
p
为泵浦激光频率，h为普朗克常数，n
lm
为激光介质中的所利用的掺杂离子数，表示为：n
lm
＝ρ
lm
*v
m
，其中，v
m
为抽运激光在激光晶体处的模体积，表示为：其中，ω
p
为抽运激光在激光晶体中心的束腰半径，λ
p
为抽运激光的波长。9.根据权利要求1所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，其特征在于，该方法适应于正在调试的或已经封装的全固态激光器激光晶体在实际运转状态下的受激发射截面测量。10.一种测量激光晶体受激发射截面的装置，其特征在于，该装置支持如权利要求1至9中任一所述的一种测量激光晶体受激发射截面的方法，该装置包括：测量单元，用于测量激光器的强度噪声，并从激光器的强度噪声谱线中获取激光器的弛豫振荡频率测量值；理论作图单元，用于根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，利用激光器弛豫振荡频率的理论函数作函数曲线图；所述函数曲线图是以激光器激光晶体受激发射截面理论值为自变量，且以激光器的弛豫振荡频率理论值为因变量的函数曲线图；判断计算单元，用于当所述弛豫振荡频率测量值等于所述弛豫振荡频率理论值时，所述函数曲线图中所述弛豫振荡频率测量值对应的横坐标的值，即为激光器的被测激光晶体在注入抽运功率该运转状态下实际的受激发射截面。

技术总结
本发明公开了一种测量激光晶体受激发射截面的方法及装置，该方法包括：测量激光器的强度噪声，并从激光器的强度噪声谱线中获取激光器的弛豫振荡频率测量值；根据测量激光器的强度噪声时激光器的实际参数，利用激光器弛豫振荡频率的理论函数作函数曲线图；函数曲线图是以激光器激光晶体受激发射截面理论值为自变量，且以激光器的弛豫振荡频率理论值为因变量的函数曲线图；当弛豫振荡频率测量值等于弛豫振荡频率理论值时，所述函数曲线图中所述弛豫振荡频率测量值对应的横坐标的值，即为激光器的被测激光晶体在注入抽运功率该运转状态下实际的受激发射截面。本发明测量精准，适合稳定运转下全固态激光器激光晶体实际受激发射截面的测量。射截面的测量。射截面的测量。


技术研发人员：郭永瑞 张娜娜 盛宏远
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/5/25