双角锥环形腔Ho:YAG激光器的研究

摘要

2μm激光在医疗手术、光电对抗、激光雷达等领域具有广泛的应用，其中，由2μm激光器作为光源的激光雷达是现阶段研究热点。2μm激光器作为激光雷达的光源，它的输出功率稳定性直接关系到激光雷达整体系统的性能优劣。为了获得激光输出稳定性更好的2μm激光器，本论文设计了双角锥环形腔Ho:YAG激光器，并从基础理论、腔型仿真和具体实验对其进行详细研究。
　　理论上介绍了Ho:YAG激光晶体的物理特性和光谱特性；分析和计算了Ho:YAG的热透镜效应和热透镜焦距；建立了Ho:YAG激光器速率方程；介绍了双角锥环形腔Ho:YAG激光器的核心光学元件——角锥，通过模拟仿真分析它优异的抗失谐特性，又从角锥的退偏特性入手，设计出偏振输出的双角锥环形腔腔型，对不同透镜补偿晶体热效应的腔型结构进行分析对比。
　　再由理论基础出发，对不同腔长的双角锥环形腔Ho:YAG激光器进行连续输出实验，再用凸透镜补偿热效应后的腔型条件下进行连续输出实验，分析了补偿后的激光器在输出功率、斜效率、阈值、抗失调性等性能方面上的提升。最终在采用凸透镜补偿晶体热效应的腔型条件下，当泵浦功率为31.6W时，双角锥环形腔Ho:YAG激光器最大激光输出8.3W，斜效率为30.8%，输出波长为2090.8nm。再由此腔型连续出光条件下为基础，进一步进行双角锥环形腔电光调Q输出实验，最终在重频设置为6kHz、泵浦功率为29.81W时，得到脉宽258ns、单脉冲能量1.142mJ、峰值功率4426.4W、波长2090.8nm的脉冲激光输出。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 2μm激光器的研究进展

1.3 角锥激光器现状

1.4 本论文主要研究内容

第2章 Ho:YAG晶体的研究

2.1 Ho:YAG晶体的物理特性

2.2 Ho:YAG晶体的光谱特性

2.3 Ho:YAG晶体的热效应分析

2.4 本章小结

第3章 双角锥环形腔Ho:YAG激光器的理论研究

3.1 Ho:YAG晶体的能级结构

3.2 Ho:YAG激光器速率方程模型

3.3 角锥棱镜的研究

3.4 双角锥环形腔Ho:YAG激光器腔型设计

3.5 本章小结

第4章 双角锥环形腔Ho:YAG激光器实验研究

4.1 Ho:YAG激光器的泵浦源——Tm:YLF激光器的输出参数

4.2 不加透镜补偿环形腔连续出光实验研究

4.3 凸透镜补偿热效应环形腔连续输出实验研究

4.4 本章小结

第5章 双角锥环形腔Ho:YAG激光器脉冲输出实验研究

5.1 电光调Q理论介绍

5.2 电光调Q实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢