2μm波段激光處于大氣窗口與人眼安全波段,同時也處于水分子和人體組織的吸收峰,因此該波段激光光源被廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、軍事和科研等領域的計量與檢測。利用半導體激光器泵浦Tm,Ho共摻晶體是獲得2μm波段激光的有效手段。本論文的主要工作是從理論和實驗兩方面對新型Tm,Ho:LuVO_4激光器及其輸出特性展開深入研究。首先,在理論方面利用實驗獲得的Tm,Ho:LuVO_4晶體的吸收光譜、熒光光譜,計算出Tm,Ho:LuVO_4晶體的吸收截面及發(fā)射截面。同時,根據Tm,Ho離子能級躍遷機制,得到Tm,Ho共摻系統(tǒng)的準四能級速率方程,由晶體參數及光譜參數等,對Tm,Ho:LuVO_4激光器的相關性能進行數值模擬,并根據模擬結果分析激光晶體參數和諧振腔參數對激光器連續(xù)輸出特性的影響。根據已獲得的Tm,Ho:LuVO_4晶體參數,對主動調Q的Tm,Ho:LuVO_4激光器輸出特性進行數值模擬,并分析主動調Q模式運轉Tm,Ho:LuVO_4激光器的晶體粒子數密度、諧振腔輸出鏡透過率、諧振腔內損耗對激光輸出脈沖寬度、脈沖能量及峰值功率的影響。對被動調Q模式運轉的Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出特性進行數值模擬,并分析被動調Q模式運轉Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出鏡透過率、漂白難易度等對輸出功率、脈沖寬度和脈沖能量的影響。其次,建立Tm,Ho:LuVO_4激光器的諧振腔ABCD矩陣,對諧振腔的穩(wěn)定性與諧振腔參數之間的關系進行詳細分析,并以此為依據設計Tm,Ho:LuVO_4激光器的光學諧振腔。選用中心波長798.6nm的半導體激光器進行雙端泵浦,實驗研究了液氮制冷下連續(xù)波模式運轉Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出耦合鏡透過率、諧振腔長、泵浦功率等諧振腔參數對激光器輸出特性的影響。當Tm,Ho:LuVO_4激光器選用輸出耦合鏡透過率30%、諧振腔長155mm、泵浦功率14.7W時,有最大輸出功率4.64W,相應的斜率效率和光學轉換效率分別為34.6%和31.6%,激光器的輸出波長為2075.72nm,該波長Tm,Ho:LuVO_4連續(xù)運轉激光器可做醫(yī)療檢測的新型激光光源。最后,在連續(xù)波模式運轉Tm,Ho:LuVO_4激光器研究的基礎上,開展主、被動調Q模式運轉Tm,Ho:LuVO_4激光器的研究。實驗研究了聲光主動調QTm,Ho:LuVO_4激光器的輸出耦合鏡透過率、脈沖重復頻率、泵浦功率等對激光器輸出特性的影響。在輸出鏡透過率30%、脈沖重復頻率10KHz、泵浦功率14.7W的條件下,有最大輸出功率為3.77W,其斜率效率和光學轉換效率為14%和25.6%;脈沖重復速率為1KHz時,獲得最窄脈沖寬度69.9ns。激光器輸出波長2056.59nm,該波長主動調Q脈沖Tm,Ho:LuVO_4激光器可應用于特種材料檢測。在被動調Q Tm,Ho:LuVO_4激光器實驗研究中,以二維材料石墨烯為飽和吸收體設計了新型飽和吸收鏡,研究了被動調Q模式運轉Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出鏡透過率、泵浦功率等對激光器輸出特性的影響。激光器最大單脈沖能量40.4μJ,最大輸出功率1034mW,最窄脈沖寬度300ns;激光輸出波長2057.03nm,該波長被動調Q Tm,Ho:LuVO_4激光器可為遙感監(jiān)測提供一種新的光源。本研究獲得了一種2μm波段的新型連續(xù)激光輸出和兩種2μm波段的新型脈沖激光輸出,為醫(yī)療儀器、材料檢測、遙感監(jiān)測領域提供了三種新型高質量激光光源。
【學位單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

4連續(xù)激光器的輸出波長如圖3-13所示，連續(xù)波輸出波長為2075.72nm，該波長可用作醫(yī)療檢測儀器的 光 源 。 激 光 器 主 動 調 Q 模 式 運 轉 時 ， 其 輸 出 波 長 光 譜 范 圍2074.60~2077.37nm，相應的光譜寬度為2.77nm。

Ho:LuVO4主動調 Q 激光器的輸出波長ig.4-7 The output wavelength of the actively Q-switched Tm,Ho:LuVO4la光束質量的測量2

圖 4-8 最高輸出功率下 Tm,Ho:LuVO4激光器的 2-d 和 3-d 近場強度分布Fig.4-8 2-d and 3-d near-field intensity distribution of the Tm, Ho: LuVO4laser at thehighest output power
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本文編號：2884499