第一章 簡介
1.1 研究動機
市面上，毫焦耳級脈衝雷射(milli-joule pulse laser)已經被使用在各種裝置上，例如：
感應裝置、雷射測距以及雷達系統……等 [1-4]。由於有著高峰值功率的輸出特性，所以 也常被應用在非線性光學上。被動式 Q 開關(passively Q-switches)是目前經常被使用來 製造高峰值功率脈衝雷射的方法之一 [5-6]，然而，高能量的被動式 Q 開關雷射仍然存 有些許須被克服的缺點，本篇論文會介紹我們如何解決這些問題從而得到高峰值功率的 脈衝雷射。
不同於主動式 Q 開關(actively Q-switches)，被動式 Q 開關有著低成本、特性易控制 等優點 [7-10]。在光源的選擇上，我們採用了操作在較低重複率但較高能量的準連續式
(quasi-continuous wave)激發 [11-14]，並配合二極體側向激發(diode-side-pump)的方式來 獲得高能量的光源 [15-18]。和端面激發相比，側向激發可以直接利用雷射二極體產生 大面積的激發，易於用來產生高能量激發光源。然而，這種大面積激發的方式，卻有容 易產生高階模態(high order mode)，並進而導致較差的光束品值(beam quality)這項缺點。
前人的研究指出，要避免高階模態的產生，我們可以使用具有大腔模體積(cavity
mode volume) 共 振 腔 ， 非 穩 定 共 振 腔 (unstable cavity) [19-20] 及 近 半 球 腔 (nearly hemispherical cavity)都是不錯的選擇 [21-26]。在之前的研究中，我們以非穩定共振腔進 行實驗並產生 TEM3,1的輸出模態，而在此實驗中，我們改利用近半球腔來進行實驗以期
2 釔鋰(Nd:YLF) [29-31]。我們選擇可操作在較高重複率(repetition rate)的 Nd:YVO4及有較 高輸出脈衝能量的 Nd:YLF 來做為我們實驗的增益介質，並使用摻鉻釔鋁石榴石
(Cr4+:YAG)及鉀鈦磷(KTP)分別當作飽和吸收體(saturable absorber)及光參數振盪(optical parametric oscillator)晶體。
在實驗中，我們藉由近半球腔準連續式二極體側向激發被動式 Q 開關的設計，在以
Nd:YVO4為增益介質時，得到重複率可達 200 Hz 且能量為 3.05 mJ 的 1064 nm 脈衝雷 射，而以 Nd:YLF 為增益介質時，可得能量超過 20mJ 的 1047 nm 脈衝雷射，峰值功率 分別為 100 kW 及 950 kW。在加入 KTP 進行腔外 OPO 的操作之後，由於 OPO 的共振 器有空間整理(spatial cleaning)作用 [32]，因此可分別得到 1570 nm 能量為 1.4 mJ、峰值 功率為 100 kW 及 1550 nm 能量為 10 mJ、峰值功率為 600 kW 的 TEM0,0脈衝雷射。
1.2 論文架構
全文分為六個章節
第一章：說明研究動機並簡述使用的架構及理由。
第二章：從如何利用 Q 開關產生脈衝雷射出發，並探討主動式 Q 開關及被動式 Q
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開關的差異，最後再詳盡討論被動式 Q 開關所需滿足的條件。
第三章：敘述我們如何設計出此雷射架構。由如何產生高能量雷射出發，再藉由設 計共振腔的方式抑制高階模態產生並使共振腔滿足被動式 Q 開關的條件，最後再論述 我們如何去決定我們使用的晶體。
第四章：描述被動式 Q
開關的實驗結果。從二極體的工作情形、自由振盪雷射(free-running laser)的能量曲線，最後再到 Nd:YLF 及 Nd:YVO4被動式 Q 開關的實驗結果及其 討論。
第五章：敘述如何應用此 Q 開關雷射。從運用的原理，再到整個實驗結果的討論。
第六章：總結此篇論文的結果。
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