Nd：LuVO、Nd：GdVO晶体微片LD端面泵浦激光性质研究

摘要

激光二极管泵浦的固体激光器(Laser-diode pumped solid-state laser,简称DPSSL)现已成为固体激光器的发展主流，是迄今唯一不需维护的激光系统，具有转换效率高、输出的光束质量好、性能稳定可靠、体积小、结构紧凑等特点，在医学、科研、军事、工业和娱乐装饰等领域获得了广泛的应用。 DPSSL的发展与相应新晶体的探索密切相关。目前最实用的激光晶体Nd:YAG存在着一些性能缺陷，如Nd:YAG具有窄的泵浦吸收带宽和较低的泵浦吸收截面等特点，这些特点限制了它在DPSSL领域，特别是LD泵浦微片激光器中的应用。掺钕钒酸盐晶体是顺应DPSSL发展而开发的新型激光晶体材料。LuVO<,4>和GdVO<,4>两种典型激光晶体，它们不仅具有宽的吸收带和高的吸收截面，而且具有目前发现的钒酸盐中最高的热导率，尽管其热导率的大小大致与Nd:YAG相比拟，但它们的增益截面比Nd:YAG高得多，尤其是它们能均匀的掺入较高浓度的钕离子，使LD泵浦微片激光性能有更大提高，因而引起人们的特别关注。目前，这两种新晶体的LD泵浦微片激光性能已有一些报道，但对不同钕离子浓度，不同厚度微片等条件下系统的研究LD泵浦的激光性能尚未见报道。 本论文主要对Nd:LuVO<,4>和Nd:GdVO<,4>两种激光晶体在中小泵浦功率LD端面下的多种激光性能进行了系统的测试和理论分析。实验使用了不同钕离子浓度，不同厚度微片样品60余块，实验结果表明该类晶体具有广阔的应用前景。 本论文主要研究内容包括： 1．简要介绍了DPSSL主要特性、优势、应用及发展现状；对DPSSL制作中目前比较常用的固体激光材料的特点进行了分析对比，并指出了掺钕钒酸盐系列的激光晶体，特别是LuVO<,4>和GdVO<,4>两种新型晶体，具有优良的LD泵浦微片激光性能。 2．从增益介质中饱和光强的微分方程出发，导出了对LD泵浦微片激光器的基频输出功率、阈值泵浦功率和斜效率的理论表达式；采用高、低功率两种LD分别对多种Nd:GdVO<,4>和Nd:LuVO<,4>微片样品的基频输出进行了系统测试，确定了微片的最佳基频输出所对应的钕浓度、厚度以及透过率；研究了LD温度变化和微片热效应对晶体基频输出功率的影响。在2W泵浦功率条件下，Nd:GdVO<,4>和Nd：LuVO<,4>微片分别获得了高达1.05W和1.09W的基频输出功率，斜效率分别高达56％和59％，实验结果表明，该类晶体是LD泵浦微片激光器领域优良的晶体材料。 3．从纵向泵浦激光器腔内增益与损耗的基本方程出发，对微片激光的腔内二次谐波的产生与腔参数的关系进行了理论研究，得到了腔内倍频光功率P<,SHG>与基频光功率P<,C>的关系。在2.21W泵浦时，分别得到了Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>微片最高为126.1mW和116.2mW的倍频光输出。系统研究了不同泵浦方式和腔长对倍频输出以及样品厚度和掺杂浓度对倍频输出的影响，结果表明Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶体是高效的绿光微片激光材料。 4．研究了GaAs晶体被动调Q的机理及其被动调Q兼输出耦合的速率方程，从实验上研究了不同掺杂浓度和不同样品厚度Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶体的调Q输出特性；并得到了脉冲宽度、重复频率、脉冲峰值功率和平均输出功率随泵浦功率的变化关系。实验中利用GaAs晶体做被动调Q元件，在2.21W泵浦功率下，得到Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶体的最短脉宽分别为121ns和161ns证实了Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>可用作调Q微片激光材料。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章LD端面泵浦Nd：LuVO4、Nd：GdVO4晶体激光器的基频输出特性

第三章LD端面泵浦Nd：LuVO4、Nd：GdVO4晶体激光器的倍频输出特性

第四章LD端面泵浦Nd：LuVO4、Nd：GdVO4晶体激光器被动调Q输出特性

第五章总结

致 谢

攻读硕士期间发表和待发表的论文