二极管泵浦Tm:YAP激光器的热透镜效应研究

摘要

二极管端面泵浦固体激光器，具备体积小巧、质量轻便、结构简单、寿命较长、效率颇高、光束质量优、稳定性良好、结构较为紧凑等诸多优势，被广泛应用于军事、医疗、科研等各个领域。高的输出功率和优质的光束质量是当代科研对固体激光器的要求，但热透镜效应严重影响了这些性能指标。因此，有必要研究固体激光器的热透镜效应，以便采取措施补偿。 论文将以激光二极管端面泵浦Tm:YAP固体激光器的热透镜效应为研究内容。 一、概述了固体激光器的结构、种类、冷却技术及发展状况并且介绍了激光器热效应的产生机理、不良影响、发展概况。 二、Tm:YAP固体激光器是本论文的研究内容，首先介绍了激光晶体Tm:YAP的物理、化学特性。单掺Tm3+的激光晶体是准三能级的激光系统。在理论方面，分析Tm3+的能级结构及跃迁过程，根据其跃迁过程，在考虑上转换效应和忽略上转换效应时，分别建立速率方程，实现对速率方程的优化。该理论方法同时考虑了交叉弛豫等损耗的影响，使用matlab理论模拟各参量对输出功率的影响，为进一步研究晶体热效应提供理论依据。 三、以速率方程理论为模型，具体研究固体激光器的晶体热透镜效应问题。在考虑到量子效率、上转换效应、量子损耗的影响下分析热转换系数。运用matlab模拟分析各参量对激光晶体中的热转换系数和吸收系数的影响，包括上转换效应、泵浦光束腰半径、泵浦光-激光模式比、输出镜的曲率半径以及腔长。并在考虑热转换系数和吸收系数随泵浦功率变化的前提下，分析并计算晶体热焦距与泵浦功率之间的变化关系，以及各腔参数对热焦距的影响。 四、高功率运转下的固体激光器，其晶体的热效应问题会影响到激光性能的各个方面。因此在设计参数模式时，需要考虑热透镜造成的影响。即有必要考虑晶体热透镜效应引起的热致损耗，分析研究热致损耗对输出特性造成的影响。以及针对如何有效地提高激光输出功率、改善激光光束质量、减弱激光晶体的热透镜热效应提出补偿方案。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 固体激光器

1.3 固体激光器的晶体热效应

1.4 本论文的研究内容

第2章Tm:YAP固体激光器的理论分析

2.1 引言

2.2 Tm:YAP激光晶体的物化性质

2.3 Tm:YAP固体激光器的能级跃迁及速率方程理论

2.4 影响Tm:YAP固体激光器输出功率的因素

2.5 小结

第3章 端面泵浦Tm:YAP固体激光器的热透镜效应研究

3.1 引言

3.2 热转换系数

3.3 激光晶体对泵浦光的吸收系数

3.4 热透镜焦距

3.4 小结

第4章 热致损耗对输出特性的影响

4.1 引言

4.2 热致损耗的理论推导及数值计算

4.3 热致损耗对输出特性的影响

4.4 减小晶体热效应的措施

4.5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢