946nm直接泵浦Nd:YAG激光器的研究

摘要

目前，Nd∶YAG激光器被广泛的应用于军事、生物医疗、民用工业等领域，而随着其应用范围越来越广，对Nd∶YAG激光器的输出功率、激光的输出质量的要求也越来越高，而在端面泵浦Nd∶YAG固体激光器的过程中，热效应是影响激光输出的重要因素，较高的热效应会严重降低激光的输出质量，采用传统的808nm间接泵浦Nd∶YAG激光器的过程中，由于存在由4F5/2能级→4F3/2能级的无辐射跃迁过程，存在很大的量子亏损，为了减小量子亏损对激光热效应的影响，可以采取946nm直接泵浦方式，通过计算可以得出，采用946nm直接泵浦方式与采用传统808nm间接泵浦方式相比，荧光量子效率由75.9％增加到88.9％，增加了大约13.0％。由此可以看出，采用946nm直接泵浦方式可以有效的提高荧光量子效率，降低热效应，降低阈值功率，有利于实现高功率、高质量的激光输出。
　　但是采用946nm直接泵浦时，激光晶体对泵浦光的吸收截面非常小，仅有0.076cm-1，因此为了提高斜效率，降低泵浦阈值，本文将具体对Nd∶YAG晶体的物理特性、光学特性及激光特性进行分析。具体分析端面泵浦Nd∶YAG激光器热效应产生的原因及对激光输出的影响。简单计算采用808nm、885nm、946nm三种泵浦波长下的量子效率。分析了晶体温度、激活离子掺杂浓度对946nm直接泵浦的影响。经过理论计算得出946nm直接泵浦时的斜效率及阈值并进行实验验证。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 固体激光器泵浦源

1．1．1 闪光灯泵浦源

1．1．2 连续弧光灯泵浦源

1．1．3 激光二极管泵浦源

1．2 激光应用

1．2．1 激光在精密计量中的应用

1．2．2 激光在军事与民用工业中的应用

1．3 本论文的主要工作内容

第二章 Nd:YAG激光晶体特性研究

2．1 Nd:YAG晶体的基本性质

2．1．1 物理性能

2．2．2 光学特性

2．2 Nd:YAG晶体的激光特性

2．2．1 Nd:YAG晶体的能级结构及泵浦特性

2．2．2 四能级系统的速率方程

2．3 直接泵浦技术的发展

2．3．1 间接泵浦

2．3．2 直接泵浦

2．3．3 直接泵浦Nd:YAG激光器的研究现状

2．4 本章小结

第三章 Nd:YAG激光晶体热效应问题的理论研究

3．1 端面泵浦与侧面泵浦技术

3．1．1 端面泵浦方式

3．1．2 侧面泵浦方式

3．2 热效应的产生及对激光输出的影响

3．2．1 热效应来源

3．2．2 热效应对激光输出的影响

3．3 946nm直接泵浦Nd:YAG激光晶体热效应分析

3．3．1 946nm直接泵浦的热透镜效应分析

3．3．2 946nm直接泵浦的温度梯度分布

3．3．3 946nm直接泵浦热应力分布

3．4 本章小结

第四章 影响946nm直接泵浦的因素

4．1 降低晶体热效应的方法

4．1．1 减少进入激光增益介质内部的无用热

4．1．2 对激光增益介质进行有效地散热

4．2 温度对激光输出的影响

4．3 离子掺杂浓度对激光输出的影响

4．5 本章小结

第五章 946nm直接泵浦理论推导与实验

5．1 理论推导

5．2 实验设计

5．3 实验结果及分析

5．4 本章小结

结论和展望

致谢

参考文献