本文關(guān)鍵詞：面向可見光波段激光產(chǎn)生的稀土摻雜氟化物玻璃研究

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【摘要】：可見光激光的獨特特性使其在醫(yī)療、消費電子、國防安全等領(lǐng)域具有不可替代的應(yīng)用�；谙⊥翐诫s氟化物玻璃的直接發(fā)射型激光器不僅具有高效耐用緊湊的優(yōu)勢,還可寬帶調(diào)諧和多波長輸出。然而,除紅光波段外的其它波段的激射效率較低,并且有利于高功率單模激射的玻璃波導(dǎo)型激光器的效率遠低于光纖波導(dǎo)型。本論文圍繞分析和提升直接發(fā)射型激光器效率的總目標,開發(fā)了光譜和激光性能分析軟件包,并系統(tǒng)性的研究了多種玻璃的光譜和激光特性,主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新性研究成果如下:(1)對于Pr:ZBLAN玻璃:紅光波段(635nm)強烈的增益競爭是限制源于3P0+3P1+1I6熱耦合能級橙光(603nm)激光器件效率的關(guān)鍵因素。InF基質(zhì)可以抑制ZBLAN基質(zhì)中的3P0→3F2主導(dǎo)紅光躍遷,有利于降低橙光激射系統(tǒng)對腔鏡要求和激射閾值。波導(dǎo)損耗大,耦合進波導(dǎo)的泵浦功率低,芯徑大共同成為基于玻璃波導(dǎo)可見光激光器至今未能激射的限制性因素。(2)對于Ho:ZBLAN玻璃:上能級極高的多聲子衰減(MP)速率,重吸收,泵浦波長與能級間距失配共同成為制約基于該玻璃的可見光激光器發(fā)展的重要因素。我們提出了449nm下轉(zhuǎn)換泵浦和更低聲子能量玻璃基質(zhì)(如InF)的方案,發(fā)現(xiàn):當無輻射躍遷速率降低為零,泵浦波長由484nm時轉(zhuǎn)為449nm時,閾值功率將分別降低70%和80%左右。(3)對于Er:ZBLAN玻璃:小吸收截面和較高的MP速率共同成為制約上轉(zhuǎn)換泵浦型可見光激光器發(fā)展的重要因素。我們提出了487nm下轉(zhuǎn)換泵浦和更低聲子能量玻璃基質(zhì)的方案。發(fā)現(xiàn)通過降低MP,最高可使閾值降低約20-40%。盡管充分優(yōu)化后的綠光激射的斜效率高達80%,較小的吸收截面使得閾值功率在波導(dǎo)損耗增加時大幅提升,需進一步探索提高摻雜濃度對上能級壽命和激射閾值的影響。(4)對于Tm:ZBLAN玻璃:小泵浦吸收截面,泵浦波長與能級間距失配導(dǎo)致所需波導(dǎo)長度高達數(shù)米;大摻雜濃度下強烈的離子間相互作用使1G4上能級粒子布居數(shù)和能級壽命大幅降低。我們提出使用具有大吸收截面的355nm紫外激光激發(fā)1D2能級獲得藍光躍遷,并發(fā)現(xiàn):在2mol%的高摻雜濃度下,離子間相互作用對1D2能級影響大幅降低。(5)對于Tb:ZBLAN玻璃:盡管能級壽命在毫秒級,極小的吸收和發(fā)射截面使得當摻雜濃度為0.5 mol%時,最優(yōu)波導(dǎo)長度高達1-5m,并且波導(dǎo)損耗對閾值功率影響巨大。我們提出使用355nm光源泵浦高摻Tb:ZBLAN光纖來降低閾值功率,發(fā)現(xiàn)對于0.5 mol%和5 mol%的波導(dǎo),最小閾值降低幅度分別高達45%和73%。(6)對于Sm:ZBLAN玻璃:盡管400nm附近具有理想的吸收截面,上能級壽命高達4.35ms,然而發(fā)射截面比Pr:ZBLAN低兩個量級。充分優(yōu)化后的橙光激射效率與Pr:ZBLAN紅光激射相當,然而波導(dǎo)參數(shù)對激射閾值和效率影響很大。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ171.1;TN249
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本文編號：1282474