脉冲LD间歇抽运Tm:YAG2μm声光调Q激光器

摘要

激光二极管(LD)抽运的铥掺杂(Tm3+)固体激光器(DPSSL)是获得2μm波段的激光的重要途径，其在众多领域均已显示出不可或缺的应用需求。本论文从理论和实验两个方面对脉冲LD间歇抽运Tm:YAG2μm声光调Q激光器进行了研究。主要研究内容为：
　　理论上，基于Tm3+能级跃迁情况，对脉冲抽运单掺Tm3+调Q激光器速率方程进行建立与求解，从理论上计算激光器输出特性；使用Comsol软件对Tm:YAG晶体内部热场分布进行模拟；利用积分变换求解瞬态热传导方程，并利用Matlab软件模拟 Tm:YAG晶体热透镜焦距；在考虑热焦距情况下设计两种间歇抽运谐振腔，为实验的开展提供理论依据。
　　实验上，首先开展了脉冲LD抽运Tm:YAG热焦距测量实验，单端抽运100Hz注入能量14.5-130.2mJ，热焦距由768mm降至269mm；200Hz注入能量14.5-160mJ，热焦距由968mm降至124mm。双端抽运100Hz注入能量14.5-130.2mJ，热焦距由535mm降至126mm；200Hz注入能量14.5-160mJ，热焦距由450mm降至75mm。其次开展脉冲LD间歇抽运单块双端键合Tm:YAG声光调Q激光器实验研究。调Q200Hz时，泵浦118mJ，输出5.41mJ，斜率效率12.79%，脉宽395.4ns，波长2013.94nm，光束质量在x方向1.49，y方向1.59；再次开展脉冲LD间歇抽运单端键合Tm:YAG双棒串接声光调Q激光器实验。单块晶体重频100Hz，调Q200Hz时，泵浦176mJ，输出6.04mJ，斜率效率13.06%，脉宽377.9ns，波长2014.22nm，光束质量在x方向1.29，在y方向1.45。结果证明间歇抽运技术有提高输出能量并使重频成倍增长的作用。最后，改变重频条件、泵浦方式进行对比试验。结果表明，间歇抽运下的激光器运转重频是与激光工作物质的上能级寿命密切相关的。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的意义

1.2 2μm全固态激光器的发展状况

1.2.1铥掺杂晶体实现2μm波段激光输出

1.2.2钬掺杂晶体实现2μm波段激光输出

1.2.3铥、钬共掺晶体实现2μm波段激光输出

1.3 本论文的主要研究内容

第二章 脉冲LD抽运Tm:YAG 2μm激光器理论分析

2.1 Tm:YAG激光介质的物理特性及光谱特性

2.2 脉冲抽运单掺Tm3+调Q激光器速率方程建与求解

2.2.1 Tm3+能级跃迁

2.2.2 脉冲抽运单掺铥调Q激光器速率方程建立与求解

本章小结

第三章 脉冲LD抽运Tm:YAG 2μm激光器热效应分析

3.1 脉冲LD抽运Tm:YAG激光器热效应理论分析

3.2 脉冲LD抽运Tm:YAG激光器热效应实验设计

3.3 脉冲LD抽运Tm:YAG激光器热效应实验研究

本章小结

第四章 脉冲LD间歇抽运Tm:YAG声光调Q激光系统设计

4.1 间歇抽运原理

4.2 脉冲LD双端抽运单块双端键合Tm:YAG声光调Q谐振腔设计

4.3 脉冲LD单端抽运单端键合Tm:YAG双棒串接声光调Q谐振腔设计

本章小结

第五章 脉冲LD间歇抽运Tm:YAG声光调Q激光器实验研究

5.1 脉冲LD双端抽运单块双端键合Tm:YAG声光调Q激光器实验研究

5.1.1 脉冲LD双端抽运单块双端键合Tm:YAG声光调Q激光器实验装置

5.1.2 脉冲LD双端抽运单块双端键合Tm:YAG声光调Q激光器实验研究

5.1.3 脉冲LD间歇抽运单块双端键合Tm:YAG声光调Q激光器实验研究

5.1.4间歇抽运与非间歇抽运单块双键合晶体输出特性对比研究

5.2 脉冲LD单端抽运单端键合Tm:YAG双棒串接声光调Q激光器实验研究

5.2.1 脉冲LD单端抽运单端键合Tm:YAG双棒串接声光调Q激光器实验装置

5.2.2 脉冲LD单端抽运Tm:YAG声光调Q激光器实验研究

5.2.3 脉冲LD抽运单端键合Tm:YAG双棒串接声光调Q激光器实验研究

5.2.4 脉冲LD间歇抽运单端键合Tm:YAG双棒串接声光调Q激光器实验研究

5.2.5 间歇抽运与非间歇抽运单键合双晶体串接输出特性对比

本章小结

结论

本文创新之处

致谢

参考文献

硕士期间学术成果情况