共振泵浦掺铥固体激光器的研究

摘要

2μm眼安全波段掺铥激光器在医学、激光雷达以及作为泵浦源产生3-5微米中红外激光输出等方面有着重要应用。通常，掺铥激光器利用800nm波长的A1GaAs半导体激光器作为泵浦源，这种泵浦方式往往要求较高的铥离子浓度以获得高的泵浦效率。然而，高的离子掺杂浓度导致高的量子缺陷热分布密度，这不仅会降低激光的光束质量，而且也限制了功率的进一步提升。本文采用共振泵浦方式，对掺铥固体激光技术和激光输出特性进行了理论分析和实验研究。
　　实验中使用的泵浦源是自己搭建的Er/Yb共掺光纤激光器共振泵浦Er:YAG陶瓷激光器，输出波长为1617nm。用体布拉格光栅将Er/Yb光纤激光器的输出波长锁定在1532nm，通过理论分析温度效应和弯曲损耗对Er/Yb光纤激光器性能的影响，优化了光纤激光器的输出特性。利用准三能级激光模型，对Er:YAG激光的特性进行了分析，优化选择输出镜的透过率即可实现1617nm波长的激光输出。
　　在2μm掺铥固体激光器方面，本文通过对速率方程做合理的近似，得到了输出功率和阈值的解析解。实验上，利用波长为1617nm的Er∶YAG陶瓷激光器共振泵浦掺杂浓度为6 at.％的Tm∶YAG晶体，在10.6 W泵浦光功率下获得了最大功率5.6 W、斜效率为60.2％的2μm激光输出。进一步优化Tm∶YAG晶体的相关参数与激光器设计可以获得更高的激光效率。另外，我们还比较了晶体材料和新型陶瓷材料在相同掺杂浓度下的激光输出特性，发现陶瓷材料的激光性能接近于晶体材料。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 2 μm激光器概述

1．1．1 2 μm激光器应用

1．1．2 产生2 μm激光器的方案

1．2 2 μm掺铥激光器的研究动态

1．2．1 掺铥固体激光器

1．2．2 掺铥光纤激光器

1．3 掺Tm激光器的泵浦方式

1．4 本论文的研究目标和主要内容

第二章 掺Tm固体激光器的泵浦源

2．1 引言

2．2 Er／Yb共掺光纤激光器

2．2．1 Er／Yb共掺光纤激光器实验装置

2．2．2 Er／Yb共掺光纤激光器的温度效应

2．2．3 光纤弯曲损耗对光纤激光器的影响

2．3 共振泵浦Er：YAG激光器

2．4 总结

第三章 Tm：YAG激光器理论与实验研究

3．1 Tm3+离子的能级结构及光谱特性

3．1．1 交叉弛豫过程

3．1．2 能量转移上转换

3．1．3 激发态吸收

3．1．4 荧光谱和吸收谱

3．2 掺Tm激光器的理论分析

3．2．1 3H6→3F4泵浦方案下的速率方程

3．2．2 解析解分析

3．3 Tm：YAG激光器实验结果及分析

3．3．1 实验装置介绍

3．3．2 Tm：YAG晶体激光器实验结果及分析

3．3．3 Tm：YAG晶体激光谐振腔的本征损耗

3．3．4 Tm：YAG陶瓷激光器实验结果及分析

3．4 结论

第四章 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间科研成果

致谢

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