2μm波段激光泵浦的Cr:ZnSe激光器的实验研究

摘要

近些年来，宽范围可调谐(2.0-3.1μm)的Cr2+:ZnSe激光器引起了人们极大的兴趣。它是气体检测、遥感、光通信、眼科医学、神经外科、高分辨率光谱学、度量学、非线性光学转换如光学参量振荡OPO的理想光源。由于其具有较宽的吸收谱(1.5-2.1μm)，所以Cr2+:ZnSe激光器的泵浦源选择范围广泛。半导体激光器泵浦的Tm掺杂或Tm,Ho双掺固体激光器的输出波段（2μm）处于大气传输窗口，在环境监测、光电对抗、材料处理等方面有广泛的应用。同时，此类激光器可以作为Cr2+:ZnSe激光器的泵浦源。本论文从理论和实验两个方面研究了使用Tm:YAP晶体获得1.94μm激光的方法，分别以波长为1.94μm的Tm:YAP激光器和波长为2.05μm的Tm,Ho:GdVO4激光器作为泵浦源，对Cr2+:ZnSe激光器进行了实验研究，获得了2~3μm激光输出。
　　在理论方面，首先分析了Tm:YAP激光器的能级跃迁过程，给出了准三能级系统的速率方程模型，并对其进行了简化。由于晶体热效应严重影响了激光输出功率、效率等，故本论文对晶体热效应进行了分析，讨论了热透镜效应对谐振腔稳定性以及模式匹配的影响。对于Cr2+:ZnSe激光器，介绍了Cr2+:ZnSe的性质以及Cr2+离子在ZnSe半导体材料中的发光机制，为Cr2+:ZnSe激光器的实验研究奠定了基础。
　　在实验方面，本论文首先进行了激光二极管泵浦的连续Tm:YAP激光器的实验研究，详细研究了晶体温度、腔长、输出镜透过率对激光输出特性的影响，采用单个二极管泵浦时获得最大输出功率6.8W，斜率效率为35％，光光转换效率为27%，而采用两个二极管双端泵浦时，获得最大输出功率为8.2W。对于Cr2+:ZnSe激光器，首先使用Tm:YAP激光器作为泵浦源，进行了Cr2+:ZnSe连续激光器的实验研究。使用平平腔结构，获得最大输出功率为862mW，斜率效率为31.7%。使用平凹腔结构，研究了不同曲率半径以及不同腔长对激光输出特性的影响，并进行了长脉冲Tm:YAP激光器泵浦Cr2+:ZnSe激光器的研究，得到最大平均输出功率160mW。最后用Tm,Ho:GdVO4激光器进行了增益开关Cr2+:ZnSe激光器的实验研究，在泵浦光斑半径为0.3mm获得最大平均输出功率1.24W，斜率效率为23.6%。

目录

2μm 波段激光泵浦的Cr:ZnSe激光器的实验研究

EXPERIMENTAL STUDIES ON Cr:ZnSeLASER PUMPED BY 2μm LASERS

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 Cr2+激光器国内外发展状况

1.3 Cr2+激光器的泵浦源

1.4 本论文的主要工作

第2章 Tm 激光器速率方程理论及热效应分析

2.1 激光器的工作物质

2.2 Tm 系统准三能级速率方程

2.3 端面泵浦激光器的热透镜效应分析

2.4 热透镜效应对谐振腔稳定性以及模式匹配的影响

2.5 本章小结

第3章 LD 泵浦Tm:YAP 激光器的实验研究

3.1 实验装置

3.2 LD 端面泵浦Tm:YAP 激光器连续实验

3.3 本章小结

第4章 Cr2+激光器的实验研究

4.1 Cr:ZnSe 性质及发光机制

4.2 Tm:YAP 泵浦的Cr:ZnSe 激光器的实验研究

4.3 增益开关Cr:ZnSe 激光器实验研究

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢