Nd3+掺杂浓度对LD泵浦Nd:YAG脉冲激光器输出特性影响的研究

摘要

掺钕离子激光器是目前在科研、医学和工业等领域应用最广泛的激光器。本文总结和分析了当今国内外关于Nd3+掺杂浓度对激光器输出特性影响的研究，指出Nd3+掺杂浓度的不同导致了激光晶体对泵浦光的吸收能力有所不同，并直接导致输出激光效率、阈值的差异，是影响其激光输出特性的重要因素之一。在一些应用中，通过选择最佳的钕离子掺杂浓度，能够在一定程度地提高激光器的性能。最佳掺杂浓度的选取对固体激光器的研究和生产具有指导意义。
　　 本文以Nd：YAG激光晶体为例，关于Nd3+掺杂浓度对LD侧面泵浦的Nd：YAG激光器输出特性的影响进行了系统性的研究。采用双半环LDA阵列侧面泵浦的Nd：YAG激光器，分析研究掺杂浓度分别为0.6at.％、0.8at.％和1.0at.％的Nd：YAG激光晶体的输出特性的差异。依据抽运光分布和四能级速率方程等理论，给出了Nd：YAG的荧光分布的模拟研究结果，理论计算了不同掺杂浓度的激光输出能量及脉宽。搭建实验平台，从输出激光的脉宽、能量以及建立时间等方面完成了钕离子掺杂浓度对Nd：YAG激光器输出特性影响的实验研究。研究结果表明，随着Nd3+掺杂浓度的增大，激光器有输出能量增大、脉宽变窄、激光建立时间变短的趋势。给出了Nd3+掺杂浓度与激光建立时间、激光输出能量、脉宽等参量的定量关系曲线。当泵浦电流为100A时，获得激光输出能量为144mJ，动态脉宽7.6ns，实验结果与理论分析结果基本相符。此实验结果为LD泵浦的Nd：YAG脉冲激光器激光棒掺杂浓度的选取、激光器的优化设计和研究提供了实验上的相关依据，具有一定的参考价值。