基于复合陶瓷多晶的全固态高功率绿光激光器的研究

摘要

激光二极管泵浦的高重复频率、高平均功率、绿光固体激光器,由于具有效率高、光束质量好、体积小、寿命长、运转成本低等特点,在工业加工、海底探测、分离同位素以及科研等领域有着重要的应用价值.最近,新型的激光工作物质-激光陶瓷在各个领域获得了长足的发展,同时显示了强劲的发展潜力.与单晶材料相比,陶瓷多晶具有制备时间短、装置相对廉价、制备成本低、容易制备成多种形状及大尺寸材料、容易获得高掺杂浓度、烧结温度低等优点,而且可以发展多功能陶瓷.本论文的主要内容和创新点归纳如下: 1.对全固态激光器的工作物质进行了详细的分析,特别对激光陶瓷和单晶材料的优缺点做了比较.详细论述了近年陶瓷激光材料、陶瓷激光器的发展,对高功率Nd:YAG陶瓷激光器的发展进行了回顾和展望. 2.在实验上对Nd:YAG复合陶瓷材料的热透镜效应进行研究,并与Nd:YAG单晶复合材料做了有益的比较.在此基础上对高功率Nd:YAG陶瓷激光器进行了谐振腔优化设计.在综合考虑谐振腔稳区以及腔内光斑半径的基础上,采用平.平直腔结构,当泵浦功率为1600W时,获得了511W连续1064nm基频光输出,光.光转化效率为31.9﹪,这是国内利用Nd:YAG复合陶瓷棒获得的最高输出水平. 3.对高功率Nd:YAG陶瓷激光器的最佳输出透过率进行了实验研究,在实验中分别利用耦合输出透过率T=10﹪,30﹪,35﹪,40﹪的输出镜,在温度为21.5℃,22.5℃以及24℃下获得了不同功率的激光输出.最终确定当温度为22.5℃,输出透过率T=30﹪时,可以得到最大的基频光输出.新型陶瓷激光材料的优良光学特性也得到了验证. 4.基于透明陶瓷晶体,进行了倍频和调Q方面的理论分析以及全固态高功率内腔倍频方面的实验研究.当泵浦电流为16.5A,Q开关调制频率为27.6KHz,KTP晶体温度为40℃时,获得了最高105.2W的准连续绿光输出,光-光转化效率达10.9﹪.据我们所知,目前在国内外尚无高功率陶瓷绿光的报道,这是利用新型的复合Nd:YAG陶瓷晶体获得的最高准连续绿光输出.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章综述

1.1全固态高功率激光器的发展

1.2陶瓷激光器的发展

1.3全固态绿光激光器的发展

第二章全固态高功率激光器理论研究

2.1速率方程理论

2.2倍频理论研究

本章小结

第三章全固态高功率激光器工作物质研究

3.1固体激光器工作物质进展

3.2各种工作物质优缺点比较

3.3陶瓷多晶

本章小结

第四章全固态高功率激光器谐振腔研究

4.1全固态高功率激光器谐振腔发展

4.2激光器谐振腔基本理论

4.3陶瓷激光器谐振腔设计

本章小结

第五章全固态高功率陶瓷激光器的实验研究

5.1高功率激光二极管泵浦组件

5.2全固态高功率Nd：YAG陶瓷1064nm激光器的实验研究

本章小结

第六章全固态高功率Nd：YAG陶瓷激光器内腔倍频的研究

6.1全固态高功率陶瓷绿光激光器理论研究

6.2全固态高功率陶瓷绿光激光器实验研究

本章小结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢