单掺铥固体激光器电光腔倒空技术研究

摘要

2μm高重频、窄脉宽脉冲激光可广泛应用于激光雷达、远程遥感等领域。电光腔倒空技术可以实现高重频窄脉宽激光输出，并且具有调制速度快，调制效率高等优点。所以研究单掺铥固体激光器的电光腔倒空具有一定的实用价值。
　　本文主要从理论和实验两个方面对单掺铥固体激光器的电光腔倒空技术进行研究。理论部分，首先基于Tm3+的能级跃迁和能量传递过程，建立了常温下单掺Tm3+连续运转的激光速率方程，模拟分析了腔倒空光场建立阶段谐振腔内光子数和晶体上能级粒子数随时间变化的趋势以及倒空光场的产生。然后，分别讨论了驱动器电信号的开关速度、谐振腔长度对脉冲的影响，以及腔倒空稳定性与重频的关系。在实验部分，在考虑晶体热透镜的情况下，根据ABCD矩阵和稳区条件，对谐振腔进行了设计，并完成了Tm:YAP晶体和Tm:LuAG晶体的电光腔倒空实验。对于Tm:YAP晶体，我们进行了电光腔倒空的长腔和短腔实验。在短腔实验中，泵浦光对RTP晶体的热作用严重影响了脉冲稳定性。为优化实验结果，进行了长腔腔倒空实验，并最终获得了平均功率为3.02 W，脉冲宽度为7.1 ns，输出波长为1996.9 nm的相对稳定的脉冲激光输出。此时，高功率的泵浦光对电光晶体的调制作用依然产生了一定影响，从而导致脉冲前沿上翘。对于Tm:LuAG晶体，同样进行了电光腔倒空的长腔和短腔实验。长腔实验中，高压时间确定的条件下，随着重复频率的降低，谐振腔逐渐变成了非稳腔。为使谐振腔在低重复频率下能保持稳定，缩短腔长，最终获得了稳定的腔倒空脉冲激光输出。其最大输出功率为1.22 W，对应脉冲宽度为3.5 ns，输出波长为2012.7 nm。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 单掺Tm激光器发展概况

1.3 腔倒空技术的发展概况

1.4 本论文研究的主要内容

第2章 单掺铥激光介质特性和速率方程

2.1 YAP和LuAG基质的物理特性

2.2 Tm3+的能级结构与速率方程

2.3 Tm:YAP和Tm:LuAG的光谱特性

2.4 本章小结

第3章 电光腔倒空技术

3.1 腔倒空原理概述

3.2 电光晶体RTP特性

3.3 电光腔倒空理论分析

3.4 本章小结

第4章 电光腔倒空实验分析

4.1 电光腔倒空实验元件介绍

4.2 谐振腔设计

4.3 Tm:YAP晶体电光腔倒空实验

4.4 Tm:LuAG晶体电光腔倒空实验

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢