无序型石榴石晶体Yb:CNGG的连续波与被动调Q脉冲激光特性研究

摘要

固体激光器在各个领域都有着广泛应用。增益介质是激光器核心要素之一，激光晶体作为固体激光器的增益介质，一直是研究的重点领域。目前应用最广、技术最成熟的激光晶体为石榴石系列的YAG晶体。近年来，掺镱无序型石榴石晶体Yb:CNGG越来越引起人们的关注。该晶体具有较高的热导率，相当于玻璃的三倍，YAG晶体的三分之一。此外，Yb:CNGG晶体具有无序结构，存在很强的非均匀加宽和能级分裂，因而具有很宽的吸收谱和发射谱。系统地研究这类晶体的激光性质对发展新型全固态激光器具有重要意义，本论文利用简单的平凹谐振腔，以高亮度光纤耦合半导体激光器作为泵浦源，对不同谐振腔长度、不同输出镜透过率、不同波长泵浦的Yb:CNGG晶体连续波和GaAs调Q脉冲激光特性做了较为全面、系统的实验研究。
　　在935 nm泵浦下，实现了Yb:CNGG晶体的连续波激光运转。当选取超过输出镜曲率半径3 mm的腔长时，激光效率最高，表明该晶体热效应比较严重。对比不同透过率条件下的激光运转，得到T=5％为最佳透过率。比较935 nm和975 nm两种波长泵浦，975 nm泵浦获得的激光效率明显优于935 nm泵浦。此现象与Yb:CNGG晶体对975 nm的吸收截面更大有关；975 nm泵浦时，泵浦光与振荡光的光子能量更接近，热损耗更少，因此效率更高。
　　以GaAs晶体作为可饱和吸收体，全面、系统地研究Yb:CNGG晶体的被动调Q脉冲激光特性。对比不同透过率下Yb:CNGG的连续波和GaAs被动调Q激光输出特性，连续波振荡时，低透过率激光效率更高；调Q运转时高透过率效率更高。比较不同腔长的激光运转，在连续波运转时，l=103 mm的腔型比l=53 mm的腔型获得的激光效率更佳；在调Q运转时，l=53 mm的腔型所产生的脉冲序列更稳定、脉冲能量也更大。同时，从实验和理论两方面，系统地分析Yb:CNGG/GaAs激光器的调Q过程。在975 nm波长泵浦下，利用平凹腔实现了GaAs被动调Q激光运转，获得了稳定的激光脉冲序列。得到的最高脉冲重复频率可达166.7 kHz，对应的平均输出功率为1.76 W,此时的光-光转换效率和斜率效率分别为11.7%和20.0%,获得的最短脉冲宽度为99.5 ns。利用Matlab仿真软件解速率方程，得到的理论结果与实验相符，从理论上对实验结果做出了合理的解释。

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第一章 引言

1.1 固体激光器的发展历史简述

1.2 Yb离子激光晶体发展历史简述

1.3无序晶体的研究进展与现状

1.4本论文的主要内容

第二章 Yb:CNGG晶体的生长、热力学和光谱学性质

2.1 Yb:CNGG晶体生长方法简介

2.2 Yb:CNGG晶体的热力学和光谱学性质

第三章 Yb:CNGG晶体的连续波特性

3.1 谐振腔对连续波激光特性的影响

3.2 Yb:CNGG晶体连续波运转最佳腔长选择

3.3 Yb:CNGG晶体连续波运转最佳输出透过率选择

3.4 不同泵浦波长对连续波激光特性的影响

第四章 Yb:CNGG晶体的被动调Q脉冲激光特性

4.1 被动调Q原理简介

4.2 GaAs被动调Q的激光理论

4.3 腔长对GaAs被动调Q激光特性的影响

4.4 Yb:CNGG晶体的GaAs被动调Q激光特性和理论计算

第五章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和专利

致谢

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