2.0μm波段摻稀土光纖激光器在材料加工、遠(yuǎn)程遙感、大氣監(jiān)測(cè)、醫(yī)療手術(shù)及國(guó)防軍事等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。探索合適的玻璃基質(zhì)對(duì)于2.0μm中紅外波段激光器的研究具有重要的意義。鍺酸鹽玻璃由于其寬的中紅外透過(guò)范圍、低的最大聲子振動(dòng)能量、高的稀土摻雜含量等特性,被廣泛用于2.0μm波段光纖激光器中。本文旨在研究摻稀土氟化物添加鍺酸鹽玻璃中的2.0μm波段高效發(fā)光性能。論文分為四章。第一章主要綜述了2.0μm波段光纖激光器的特點(diǎn)、應(yīng)用以及研究進(jìn)展和存在的問(wèn)題,重點(diǎn)介紹實(shí)現(xiàn)2.0μm波段發(fā)光與激光的稀土離子和相應(yīng)的玻璃基質(zhì),包括鍺酸鹽玻璃基質(zhì)及其光纖激光器的研究進(jìn)展。第二章概述了實(shí)驗(yàn)制備方法與相關(guān)的理論計(jì)算,包括Judd-Ofelt理論、McCumber理論和Fuchtbauer-Ladenburg方程等。第三章和第四章分別研究了Er³⁺/Tm³⁺,Cr³⁺/Ho³⁺共摻鍺酸鹽玻璃的2.0μm波段發(fā)光,并且降低羥基吸收系數(shù)提高其發(fā)光效率。主要內(nèi)容及結(jié)果如下:（1）研究了在980 nm二極管泵浦下Er

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水的吸收系數(shù)與激光的穿透深度Fig.1-1Opticalabsorptionofwaterandpenetrationdepthoflight

得到了顯著提升。美國(guó)海軍在 2010 年開展了光纖激光近防系統(tǒng)（LAWs） 利用非相干合成的方式獲得了 33 kW 的最大輸出功率，其在 3.2 kM 的距了 4 架時(shí)速超過(guò) 300 km/h 的無(wú)人機(jī)（UAV），如圖 1-2 所示[16]。美國(guó)洛克在 2015 年采用了 30 kW 的光纖激光組束系統(tǒng)，成功摧毀了距離一英里以；接著于 2017 年在陸軍白沙靶場(chǎng)擊落了 5 架翼展 3.3 m 的“法外狂徒”系光束打擊和執(zhí)行速度比較之前的激光束快了兩倍[16]。綜合可知，大功率的于國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)家安全具有重大的戰(zhàn)略意義。值得注意的是，2.0 μm 波一些非線性 3.0-5.0 μm 或 8.0-12.0 μm 可調(diào)諧光學(xué)參量振蕩器（OPOs）或提供有效泵浦源。在軍事領(lǐng)域中，3.0-5.0 μm 激光也是紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈探測(cè)，因此該光源不斷地被應(yīng)用在紅外彈道引頭的光電對(duì)抗領(lǐng)域中。并且 3.0石油開采、天然氣管道的泄漏勘測(cè)等領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。

基于設(shè)計(jì)新型光纖結(jié)構(gòu)、優(yōu)化光纖參數(shù)和利用調(diào) Q、鎖模、功率放大等的激光技術(shù)纖激光器能夠獲得超高光學(xué)品質(zhì)單頻窄線寬、超短激光脈沖以及超高功率的激光輸纖激光器是由泵浦源、增益光纖介質(zhì)和諧振腔而組成。其中，腔鏡可采用對(duì)激光與光具有部分透過(guò)或反射的光學(xué)鍍膜玻璃，或者直接在光纖里寫入光柵結(jié)構(gòu)，以及利纖末端面的反射作后腔鏡[9]，可以獲得激光的輸出。如圖 1-3 所示[16]，單模增益光質(zhì)是由摻稀土離子的玻璃芯層，不摻稀土離子的玻璃包層而組成。作為不同波段光光器中的核心，光學(xué)諧振腔負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)生的光子反饋和放大。因而，增益光纖是實(shí)現(xiàn) 光纖激光器高效發(fā)光和激光輸出的關(guān)鍵，而激光輸出要求增益介質(zhì)中稀土離子具射的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，在泵浦源激發(fā)下能夠產(chǎn)生粒子反轉(zhuǎn)，且光纖損耗低于放大的光信就需要稀土離子具有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)和較低的玻璃基質(zhì)損耗。從圖 1-3 中可以看出 2.0 μm 波段光纖激光器的稀土離子有 Tm3+和 Ho3+。

【參考文獻(xiàn)】：
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