1.94μmTm:YAP激光器及其带内泵浦Ho:YLF的实验研究

1.94μmTm:YAP激光器及其带内泵浦Ho:YLF的实验研究

论文摘要

产生2微米激光的Ho激光器可以应用于医学、相干多普勒雷达以及中红外OPO等领域。由于Ho激光器一般在商用二极管激光器波段处吸收截面较小,过去常采用Tm敏化Ho的方法获得Ho3+的激光跃迁,但这种方法在室温下晶体热负载严重,激光效率低。相比而言,使用Tm固体激光器带内泵浦Ho:YLF可以在室温下获得较高功率的激光输出。理论方面,分析了Tm和Ho的能级跃迁过程,从速率方程出发,推导出计算包含基态损耗和上转换损耗的激光器功率的方法,并用该方法建立了Ho激光器的模型;随后分析了激光运行时晶体内的温度分布,进而得到晶体内的波尔兹曼因子空间分布情况,并对Tm:YAP激光器中由热引起的功率下降问题进行了理论计算。实验方面,首先使用中心波长795nm的光纤耦合半导体激光器泵浦单晶体Tm:YAP,在LD功率为41.5W时获得10W的激光输出,斜率效率34%;随后使用双晶体Tm:YAP进行实验,在使用平镜作谐振腔高反镜时,考察了腔长及输出镜透过率对激光功率的影响,在最佳腔长及透过率的情况下,获得23.4W的连续激光输出,此时激光波长为1.99μm。接着使用中心波长1940nm的体光栅代替原平镜作激光高反镜,并在腔内加入法布里-玻罗标准具,获得了最大输出功率20W,波长1940nm的π偏振激光,10W时测得光束质量因子M2约为2.2。随后,将该Tm激光器作为泵浦源,进行带内泵浦Ho:YLF的激光器实验,Ho:YLF晶体尺寸为5×32mm3,掺杂浓度0.5 at.%。连续激光实验中,对比了不同腔长、输出镜透过率以及温度下激光器的性能,获得了9.5W、中心波长2065nm、π偏振的激光;声光调Q激光实验中,重频分别设为10kHz和20kHz,且重频10kHz时,获得最大单脉冲能量为0.68mJ,对应脉宽175ns。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的研究背景及意义
  • 3+和Ho3+基质材料选取'>1.2 Tm3+和Ho3+基质材料选取
  • 1.3 Tm:YAP 激光器发展概况
  • 1.4 Ho:YLF 激光器发展概况
  • 1.5 本论文的工作
  • 第2章 Tm 激光器和Ho 激光器的理论分析
  • 2.1 Tm 和Ho 的能级理论
  • 2.2 Ho:YLF 理论模型
  • 2.3 晶体内的热分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 Tm:YAP 激光器实验研究
  • 3.1 实验条件准备
  • 3.1.1 泵浦源LD 的选取
  • 3.1.2 晶体散热系统
  • 3.2 单晶体Tm:YAP 实验
  • 3.2.1 实验装置
  • 3.2.2 实验结果与分析
  • 3.3 双晶体Tm:YAP 实验
  • 3.3.1 实验装置
  • 3.3.2 平镜实验结果与分析
  • 3.3.3 加体光栅、F-P 实验结果与分析
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 Ho:YLF 连续和调Q 激光器实验研究
  • 4.1 实验装置
  • 4.2 连续激光实验结果与分析
  • 4.2.1 腔长对激光功率的影响
  • 4.2.2 输出镜透过率对激光功率的影响
  • 4.2.3 温度对激光功率的影响
  • 4.3 Ho:YLF 调 Q 激光器初步实验
  • 4.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 相关论文文献

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