LD端面泵浦窄线宽Tm:YLF激光器研究

摘要

2μm波段人眼安全激光处于大气窗口，广泛应用于激光医疗、环境监测和光通信等领域。此外，2μm激光器可作为3~5μm和8~12μm中红外光参量振荡器和光参量放大器的抽运源。掺Ho3+晶体是产生高性能2μm激光的首选工作物质，而1.9μm Tm:YLF激光器是其理想泵浦源。因此，获得高功率、高效率且高稳定性的1.9μm激光输出至关重要。本论文以理论模拟为基础，以体光栅为谐振腔镜，结合腔内双 F-P标准具，在保证高功率和高稳定性的基础上获得窄线宽激光输出。
　　理论方面，介绍了Tm:YLF晶体的物理、光谱特性，基于Tm:YLF激光器准三能级速率方程模型，通过简化方程组最终得到激光器阈值、输出功率及斜率效率的表达式，模拟并分析了上转换效应、交叉弛豫、以及晶体掺杂浓度和长度对 Tm:YLF激光器输出特性的影响，为后续激光器的设计与实验奠定理论基础。
　　设计方面，基于 Tm:YLF晶体热模型，对晶体温度场分布进行解析推导并模拟各参数晶体热分布，综合分析后选取晶体尺寸为3×3×12mm3，掺杂浓度为3.5at.%；对“L型”谐振腔不同参数条件下模式匹配、稳定性进行模拟，设计出谐振腔的参数范围，为后续实验研究奠定基础；对窄线宽元件体光栅和 F-P标准具进行参数设计，选取体光栅端面尺寸为6×6mm2，厚度为5.5±1.5nm，双F-P标准具厚度分别为0.1mm和1mm。
　　实验方面，搭建 LD端面泵浦 Tm:YLF激光器，并依次研究以体光栅为腔镜时不同谐振腔长、输出镜透过率和曲率半径对激光输出特性的影响，确定最佳谐振腔参数，并在腔内插入双F-P标准具，实现了17.8W的1908.55nm稳定性较高的激光输出，线宽仅为0.10nm，且波长最大波动范围仅0.34nm。激光器相应的斜率效率和光光转换效率分别为42.89%和35.86%。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 1.9μm Tm:YLF激光器的发展现状

1.3窄线宽1.9μm Tm:YLF激光器发展现状

1.4本论文的主要研究内容

第二章 LD端面抽运Tm:YLF激光器理论分析

2.1 Tm3+能级结构及其发光机理

2.2 Tm:YLF晶体物理、光谱特性

2.3 Tm:YLF激光器速率方程理论分析

2.4 本章小结

第三章 LD双端泵浦Tm:YLF晶体热效应分析

3.1 Tm:YLF晶体热效应分析

3.2 Tm:YLF晶体的热焦距

3.3 本章小结

第四章 LD端面泵浦窄线宽Tm:YLF激光器设计

4.1 Tm:YLF激光器谐振腔设计

4.2 窄线宽元件的参数设计

4.3 本章小结

第五章 LD端面泵浦窄线宽Tm:YLF激光器实验研究

5.1 LD端面泵浦Tm:YLF激光器实验装置

5.2 LD端面泵浦窄线宽Tm:YLF激光器实验研究

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

硕士期间学术成果情况