本文關鍵詞：高功率2微米單摻Ho:YAG固體激光器研究

  更多相關文章： 2μm激光 板條Tm:YLF晶體 Ho:YAG晶體 雙末端面泵浦

【摘要】：2μm激光處于人眼安全波段和大氣的弱吸收帶,因此其在很多領域有著重要的應用,例如,大氣探測、自由空間光通信、激光醫(yī)療、激光雷達和光譜學等。特別地,脈沖輸出的2μm激光器是中紅外(3~5μm)和遠紅外(8~12μm)波段的光學參量振蕩器(OPO)和光學參量放大器(OPA)的高效泵浦源。中遠紅外激光在激光雷達、光電對抗、激光測距和紅外制導技術等方面具有非常重要的應用價值。為了滿足這些軍事、工業(yè)和農(nóng)業(yè)應用的需求,對高性能2μm激光器的研究是最為關鍵的一步。近年來,以YAG、YLF和YAP等為摻雜基質(zhì)的單摻Ho激光器獲得了廣泛研究,本文通過對單摻Ho基質(zhì)激光器的各種技術途徑研究進展的對比分析,指出了各自的優(yōu)缺點,得到了利用摻Tm固體激光泵浦Ho:YAG激光器研究的必要性。因此,本論文致力于研究高功率連續(xù)及調(diào)Q運轉(zhuǎn)的Ho:YAG激光器,以期為高功率、高效率以及高光束質(zhì)量的2μm激光器的發(fā)展做出一定的貢獻。對Ho:YAG晶體的吸收光譜和發(fā)射光譜進行分析,明確了Ho3+的較強吸收峰位于1908nm附近,而且其峰值半寬度比較窄。因而為了保證Ho:YAG晶體對泵浦光有較強的吸收,要求泵浦光的波長比較穩(wěn)定性且輸出線寬比較窄。考慮能量上轉(zhuǎn)換和基態(tài)損耗,通過Ho:YAG的能級躍遷理論和激光產(chǎn)生機理,建立了雙末端面泵浦連續(xù)Ho:YAG激光器的準四能級速率方程模型�？紤]晶體工作溫度對玻爾茲曼占有因子的影響,利用速率方程模型,數(shù)值分析了基態(tài)損耗、能量上轉(zhuǎn)換、晶體工作溫度、泵浦光斑半徑、輸出鏡透過率、泵浦光光束質(zhì)量和束腰位置以及晶體的摻雜濃度和長度對激光器輸出特性的影響。建立了脈沖Ho:YAG激光器的速率方程理論,并利用此方程對影響輸出激光的單脈沖能量、能量提取效率和脈沖寬度等主要參數(shù)進行了理論分析。為了給Ho:YAG激光器提供泵浦源,利用體光柵和F-P標準具選擇波長并壓窄線寬的技術,對發(fā)射峰剛好處于Ho3+的較強吸收峰的Tm:YLF激光器進行理論與實驗研究。采用多晶體串聯(lián)技術并利用板條狀結構的Tm:YLF晶體,提高了Tm:YLF激光器總的泵浦功率和輸出功率。對兩種不同形狀的Tm:YLF晶體進行熱效應分析,并數(shù)值分析了泵浦光斑半徑對晶體溫度分布和晶體熱透鏡焦距在不同泵浦功率下的影響。在塊狀Tm:YLF晶體的實驗研究中,獲得的最高平均輸出功率約為60.1W,斜率效率約為35.1%。在板條狀Tm:YLF晶體的實驗研究中,利用不同尺寸的板條晶體對雙晶體激光器輸出特性的進行對比研究,并對影響激光器輸出特性的泵浦及諧振腔參數(shù)進行實驗研究,得到輸出特性最佳的晶體以及泵浦和諧振腔參數(shù)。在304.5W的泵浦功率下,雙板條晶體Tm:YLF激光器獲得了最高輸出功率約為108.0W,對應的斜率效率和轉(zhuǎn)換效率分別為39.0%和35.5%,輸出光譜的峰值半高寬度小于1nm,從閾值到最高輸出功率,激光輸出波長移動了0.3nm,光束質(zhì)量因子小于3。對單晶體Ho:YAG的諧振腔的穩(wěn)定性和Ho:YAG晶體的熱透鏡效應進行了理論分析,并利用穩(wěn)腔條件實際測量了不同泵浦功率下Ho:YAG晶體的熱焦距。理論分析了Ho:YAG晶體熱焦距對諧振腔穩(wěn)定性的影響。以設計的Tm:YLF固體激光器為泵浦源,對3種不同濃度和長度的Ho:YAG晶體的連續(xù)及調(diào)Q輸出特性進行對比實驗研究。同樣的泵浦參數(shù)和諧振腔參數(shù)下,摻雜濃度為0.8at.%且長度為45mm的Ho晶體獲得的斜率效率最大,為74.8%,在注入泵浦功率為83.2W時獲得58.7W的連續(xù)平均輸出功率,在調(diào)Q狀態(tài)下,重復頻率為20k Hz時得到了2.9m J的最高單脈沖能量,脈沖寬度約為31ns,對應的峰值功率約為94.7k W。在單晶體Ho:YAG激光器研究的基礎上,以設計的Tm:YLF固體激光器為泵浦源,采用多晶體串聯(lián)技術提高Ho:YAG激光器的輸出功率。在單末端面雙程泵浦的實驗中,對泵浦光采用偏振片配合四分之一波片的方法解決了雙程泵浦的反饋問題,同樣的泵浦條件下,與單程泵浦相比,在斜率效率和轉(zhuǎn)換效率方面,雙程泵浦都分別高出了4.8個百分點,閾值泵浦功率也比單程低約2.6W。在雙末端面泵浦的實驗中,采用偏振片隔離技術,連續(xù)運轉(zhuǎn)模式下,注入泵浦功率約為174.6W時,最高平均輸出功率約為119.0W,相對應的斜率效率約為74.6%。在調(diào)Q運轉(zhuǎn)模式下,腔內(nèi)插入一定厚度的F-P標準具,使得輸出波長只有一個峰值,在209.5W總的泵浦功率和20k Hz的重復頻頻下,獲得的最高平均輸出功率約為118.0W,斜率效率為61.7%,相應的最大單脈沖能量約為5.9m J,最短脈沖寬度約為24ns。輸出功率100.0W附近的光束質(zhì)量因子小于2。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248.1

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭磊;皇甫秀斌;;基于反射泵浦功率分析的光纖斷裂定位新方法[J];光通信技術;2008年08期

2 楊石軍,王乃光,吳存愷;染料熒光譜半功率寬度與泵浦功率密度關系的研究[J];量子電子學;1988年01期

3 朱方璽;鄭義;;摻雜光子晶體光纖產(chǎn)生光孤子所需泵浦功率的研究[J];發(fā)光學報;2014年04期

4 ;高泵浦功率激光二極管[J];光機電信息;2001年04期

5 郭英俊;光放大的進展[J];現(xiàn)代有線傳輸;1994年01期

6 劉輝蘭;;泵浦功率對脈沖LD泵浦Nd:YVO_4/Cr~(4+):YAG激光器被動調(diào)Q脈沖周期的影響[J];陰山學刊(自然科學版);2007年04期

7 張丹;劉克;張大明;程傳輝;張希珍;張海明;潘裕斌;;鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃波導放大器及上轉(zhuǎn)換性質(zhì)[J];半導體學報;2006年10期

8 黃小莉;陳海燕;戴基智;;泵浦功率對有源環(huán)形微腔濾波器特性的影響[J];激光雜志;2008年02期

9 王明哲;李明中;譚吉春;丁磊;鄧青華;羅亦鳴;;高功率LD陣列端泵Nd:YLF片狀放大器熱效應研究[J];激光與紅外;2007年04期

10 種蘭祥;曹延軍;李建郎;;摻鐿雙包層光纖激光器的徑向偏振振蕩[J];光子學報;2009年09期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 黃必昌;高致慧;虞愛華;洪澤華;;拉曼光纖放大器瞬態(tài)效應的時域差分研究[A];中國光學學會2006年學術大會論文摘要集[C];2006年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 申英杰;高功率2微米單摻Ho:YAG固體激光器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 崔晟;光纖拉曼放大器的性能優(yōu)化理論與設計方法研究[D];西安電子科技大學;2004年

3 李溫靜;硅基參量放大及射頻寬帶接入網(wǎng)光源技術的研究[D];北京郵電大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李晨霞;分布式光纖拉曼放大器的模擬及優(yōu)化[D];中國計量科學研究院;2003年

2 蒙裴貝;單摻Tm~(3+)激光器功率提高的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2012年

3 閆喜龍;增益分布對脈沖模式的影響[D];西安電子科技大學;2014年

，

本文編號：1300981