基于Nd：GAGG晶体和金纳米材料的新型1微米被动调Q激光器研究
发布时间：2021-03-09 11:12
半导体泵浦的被动调Q激光器具有体积小、腔型简单、成本低廉等优势被越来越多地运用于光通讯、激光雷达、非线性变化、激光医学等领域。位于一微米附近的激光也在自己相应的领域发挥着无可替代的作用,1064纳米激光是光学基础研究中最常用的激光,同时也在激光加工和激光美容中广泛应用;1.1微米激光可以应用于激光化学中的选择性光电离,此外其倍频产生的0.55微米黄色激光在显示、大气遥感以及精密加工等领域都有重要应用。金纳米粒子作为近几年大热的二维饱和吸收材料的一种,其独特的光学特性起源于其特有的表面等离子共振效应,进而导致其饱和吸收特性与其尺寸和形状息息相关,随着其尺寸变化,其吸收峰也随着可以在可见光到近红外波段移动。本论文研究的主要内容是基于Nd:GAGG晶体和金纳米材料的新型1微米被动调Q激光器研究.论文内使用Nd:GAGG、Nd:YAG陶瓷和Nd:YVO4晶体三种工作物质以及Cr4+:YAG、金纳米棒（GNRs）以及金纳米三角片（GNTs）三种饱和吸收材料,采用半导体激光器端面泵浦的方式分别实现了 1106、1123和1064 nm的连续和脉冲输出。本文的主要研究工作和成果如下:1.系统阐述了近...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成像探测系统结构
?的发展已经相对成熟，通过主动调Ｑ技术，可以获得与驱动装置设置的相同重频??的相对稳定的激光脉冲序列。如图１．２所示，为英国古奇？修斯古公司生产的ＱＳ２７－??４Ｓ－Ｂ型号的声光Ｑ开关。??ＩＩ議??图１．２英国古奇声光Ｑ开关??相对于主动调Ｑ技术的成熟稳定，被动调Ｑ技术中的核心部件饱和吸收体却??由于新材料发现与新的制作工艺的发展而不断发展。但其最基本的原则依旧是利??用饱和吸收材料的饱和吸收特性，即随腔内光子数的增大，其吸收系数相应减小，??当达到饱和状态时，对激光呈现“透明”状态，相应的降低了腔内的损耗，很容易??达到发射阈值，进而实现对激光的脉冲输出。被动调Ｑ激光器由于其制作工艺相??对简单、腔型设计也相对容易，体积较小，成本低等优势受到了诸多青睐。??被动调Ｑ速率方程是用来模拟被动调Ｑ激光输出性质的有效工具。以四能级??被动Ｑ开关为例，对于脉冲宽度为纳秒量级的被动调Ｑ激光器，在平面波近似条??件下，同时忽略在脉冲形成过程中抽运光消耗，被动Ｑ开关的基态恢复以及自发??辐照等原因造成的影响
使用双端泵浦和使用８８０?ｎｍ的栗浦源泵浦以减少量子损耗１１７，１８］。此外??Ｎｄ：ＹＶ〇４晶体还能作为自拉曼激光晶体，即其本身内部同时产生基频光以及拉曼??光，应用于拉曼激光领域中。图１．３为典型的Ｎｄ：ＹＶ０４作为自拉曼晶体的实验结??构图［〗９］。??Ｎｄ：ＹＶ０４?Ｃｒ：ＹＡＧ?１０９７?ｎｍ??＼?／?Ｉ?ｉ??Ｌ?广??ＬＯ?ＣＬ?Ｍ１?Ｍ２?１０６６?ｎｍ?ＤＭ??图１．３?Ｎｄ：ＹＶ０４自拉曼激光器实验结构图??１．１．３?ＮｄｉＧＡＧＧ??Ｎｄ：ＧＡＧＧ晶体最早由Ｋｕｗａｎｏ?Ｙ和Ｈａｓｅ?Ｓ?Ｓ利用直拉法（又称Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）??生长而成［２（）］。该晶体的产生是基于Ｎｄ：ＧＧＧ?（Ｎｄ：Ｇｄ３Ｇａ５０ｉ２）晶体的。作为常用的??固体激光器的增益介质，Ｎｄ：ＧＧＧ晶体由于其相对于Ｎｄ：ＹＡＧ等晶体具有更大的??尺寸，更高的Ｎｄ３＋离子掺杂浓度，没有杂质和应力引起的核心以及在生长晶体过??程中可以在保证更快的提拉速率的前提下保证更高的分布均匀性等优势，也使其??成为了固体激光器中常用的工作物质［２１＿２３］。然而，虽然具有这些优势，但是其劣势??也是相当明显，其热传导系数大概只有Ｎｄ：ＹＡＧ的７０％，另外，在其生长过程中，??初始原料中的氧化镓（Ｇａ２〇３）有相当一部分没有发生固相反应，且随之而来的??Ｇａ２０３的分解和蒸发，又进一步影响了生成晶体的光学质量，提高了生长成本。为??了克服第二个问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nd:YVO4晶体π和σ偏振激光的实现及性能研究[J]. 俞叶,段延敏,郭俊宏,张栋,陈思梦,廖小青,朱海永. 中国激光. 2017(07)
[2]High-Power Passively Q-Switched Nd:YAG Laser at 1112 nm with a Cr4+:YAG Saturable Absorber[J]. 敦洋洋,李平,陈晓寒,马宝民. Chinese Physics Letters. 2016(02)
[3]880nm同带泵浦的高效率Nd:YVO4自拉曼激光器（英文）[J]. 丁欣,张巍,刘俊杰,盛泉,李斌,刘简,姜鹏波,孙冰,赵岑,姚建铨. 红外与激光工程. 2016(01)
[4]Nd∶YAG透明陶瓷制备与激光性能[J]. 李兴旺,张月娟,莫小刚,王永国,徐学珍,侯玮,周寿桓. 人工晶体学报. 2014(10)
[5]500 kHz,6 ns高重复频率电光腔倒空Nd:YVO4激光器[J]. 石朝辉,刘学松,黄玉涛,闫莹,余锦,樊仲维. 中国激光. 2014(10)
[6]基于碳纳米管的Tm∶YAP 2μm脉冲激光特性实验研究[J]. 曲遵世,马宝民,刘杰. 中国激光. 2011(11)
[7]808nm与888nm抽运Nd:YVO4热效应分析[J]. 艾庆康,常亮,陈檬,李港,麻云凤,樊仲维,牛岗,余锦,康文运,贺凯. 中国激光. 2011(04)
[8]Nd∶YVO4/YVO4晶体的热键合及其激光性质的研究[J]. 杨宏志,卓壮,赵圣之,李桂秋,李晓敏. 人工晶体学报. 2006(06)
[9]碳酸盐共沉淀法解决GGG单晶生长过程中的挥发问题[J]. 朴贤卿,刘景和,孙晶. 无机材料学报. 2004(06)
[10]液相共沉淀法制备钆镓石榴石(Gd3Ga5O12,GGG)多晶原料[J]. 赵广军,李涛,何晓明,徐军,肖筱华,赵鹤明. 无机材料学报. 2002(03)
博士论文
[1]基于金纳米棒可饱和吸收体的锁模光纤激光器及其应用研究[D]. 康喆.吉林大学 2015
[2]石墨烯、碳纳米管可饱和吸收体的制备及其用于被动调Q/锁模激光器的实验研究[D]. 江曼.西北大学 2013
[3]全固化短脉冲调Q、锁模激光特性研究[D]. 杨克建.山东大学 2007
硕士论文
[1]基于金纳米材料的被动调Q固体激光器研究[D]. 宋腾.山东大学 2017
[2]基于新型纳米材料的可饱和吸收体在脉冲激光器中的应用[D]. 沐浩然.苏州大学 2015
[3]金纳米材料制备及其金属离子检测应用[D]. 裴智明.重庆大学 2012
[4]1123 nm陶瓷Nd:YAG固体激光器的实验与理论研究[D]. 唐艳.山东大学 2011
本文编号：3072753
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
成像探测系统结构
?的发展已经相对成熟，通过主动调Ｑ技术，可以获得与驱动装置设置的相同重频??的相对稳定的激光脉冲序列。如图１．２所示，为英国古奇？修斯古公司生产的ＱＳ２７－??４Ｓ－Ｂ型号的声光Ｑ开关。??ＩＩ議??图１．２英国古奇声光Ｑ开关??相对于主动调Ｑ技术的成熟稳定，被动调Ｑ技术中的核心部件饱和吸收体却??由于新材料发现与新的制作工艺的发展而不断发展。但其最基本的原则依旧是利??用饱和吸收材料的饱和吸收特性，即随腔内光子数的增大，其吸收系数相应减小，??当达到饱和状态时，对激光呈现“透明”状态，相应的降低了腔内的损耗，很容易??达到发射阈值，进而实现对激光的脉冲输出。被动调Ｑ激光器由于其制作工艺相??对简单、腔型设计也相对容易，体积较小，成本低等优势受到了诸多青睐。??被动调Ｑ速率方程是用来模拟被动调Ｑ激光输出性质的有效工具。以四能级??被动Ｑ开关为例，对于脉冲宽度为纳秒量级的被动调Ｑ激光器，在平面波近似条??件下，同时忽略在脉冲形成过程中抽运光消耗，被动Ｑ开关的基态恢复以及自发??辐照等原因造成的影响
使用双端泵浦和使用８８０?ｎｍ的栗浦源泵浦以减少量子损耗１１７，１８］。此外??Ｎｄ：ＹＶ〇４晶体还能作为自拉曼激光晶体，即其本身内部同时产生基频光以及拉曼??光，应用于拉曼激光领域中。图１．３为典型的Ｎｄ：ＹＶ０４作为自拉曼晶体的实验结??构图［〗９］。??Ｎｄ：ＹＶ０４?Ｃｒ：ＹＡＧ?１０９７?ｎｍ??＼?／?Ｉ?ｉ??Ｌ?广??ＬＯ?ＣＬ?Ｍ１?Ｍ２?１０６６?ｎｍ?ＤＭ??图１．３?Ｎｄ：ＹＶ０４自拉曼激光器实验结构图??１．１．３?ＮｄｉＧＡＧＧ??Ｎｄ：ＧＡＧＧ晶体最早由Ｋｕｗａｎｏ?Ｙ和Ｈａｓｅ?Ｓ?Ｓ利用直拉法（又称Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）??生长而成［２（）］。该晶体的产生是基于Ｎｄ：ＧＧＧ?（Ｎｄ：Ｇｄ３Ｇａ５０ｉ２）晶体的。作为常用的??固体激光器的增益介质，Ｎｄ：ＧＧＧ晶体由于其相对于Ｎｄ：ＹＡＧ等晶体具有更大的??尺寸，更高的Ｎｄ３＋离子掺杂浓度，没有杂质和应力引起的核心以及在生长晶体过??程中可以在保证更快的提拉速率的前提下保证更高的分布均匀性等优势，也使其??成为了固体激光器中常用的工作物质［２１＿２３］。然而，虽然具有这些优势，但是其劣势??也是相当明显，其热传导系数大概只有Ｎｄ：ＹＡＧ的７０％，另外，在其生长过程中，??初始原料中的氧化镓（Ｇａ２〇３）有相当一部分没有发生固相反应，且随之而来的??Ｇａ２０３的分解和蒸发，又进一步影响了生成晶体的光学质量，提高了生长成本。为??了克服第二个问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nd:YVO4晶体π和σ偏振激光的实现及性能研究[J]. 俞叶,段延敏,郭俊宏,张栋,陈思梦,廖小青,朱海永. 中国激光. 2017(07)
[2]High-Power Passively Q-Switched Nd:YAG Laser at 1112 nm with a Cr4+:YAG Saturable Absorber[J]. 敦洋洋,李平,陈晓寒,马宝民. Chinese Physics Letters. 2016(02)
[3]880nm同带泵浦的高效率Nd:YVO4自拉曼激光器（英文）[J]. 丁欣,张巍,刘俊杰,盛泉,李斌,刘简,姜鹏波,孙冰,赵岑,姚建铨. 红外与激光工程. 2016(01)
[4]Nd∶YAG透明陶瓷制备与激光性能[J]. 李兴旺,张月娟,莫小刚,王永国,徐学珍,侯玮,周寿桓. 人工晶体学报. 2014(10)
[5]500 kHz,6 ns高重复频率电光腔倒空Nd:YVO4激光器[J]. 石朝辉,刘学松,黄玉涛,闫莹,余锦,樊仲维. 中国激光. 2014(10)
[6]基于碳纳米管的Tm∶YAP 2μm脉冲激光特性实验研究[J]. 曲遵世,马宝民,刘杰. 中国激光. 2011(11)
[7]808nm与888nm抽运Nd:YVO4热效应分析[J]. 艾庆康,常亮,陈檬,李港,麻云凤,樊仲维,牛岗,余锦,康文运,贺凯. 中国激光. 2011(04)
[8]Nd∶YVO4/YVO4晶体的热键合及其激光性质的研究[J]. 杨宏志,卓壮,赵圣之,李桂秋,李晓敏. 人工晶体学报. 2006(06)
[9]碳酸盐共沉淀法解决GGG单晶生长过程中的挥发问题[J]. 朴贤卿,刘景和,孙晶. 无机材料学报. 2004(06)
[10]液相共沉淀法制备钆镓石榴石(Gd3Ga5O12,GGG)多晶原料[J]. 赵广军,李涛,何晓明,徐军,肖筱华,赵鹤明. 无机材料学报. 2002(03)
博士论文
[1]基于金纳米棒可饱和吸收体的锁模光纤激光器及其应用研究[D]. 康喆.吉林大学 2015
[2]石墨烯、碳纳米管可饱和吸收体的制备及其用于被动调Q/锁模激光器的实验研究[D]. 江曼.西北大学 2013
[3]全固化短脉冲调Q、锁模激光特性研究[D]. 杨克建.山东大学 2007
硕士论文
[1]基于金纳米材料的被动调Q固体激光器研究[D]. 宋腾.山东大学 2017
[2]基于新型纳米材料的可饱和吸收体在脉冲激光器中的应用[D]. 沐浩然.苏州大学 2015
[3]金纳米材料制备及其金属离子检测应用[D]. 裴智明.重庆大学 2012
[4]1123 nm陶瓷Nd:YAG固体激光器的实验与理论研究[D]. 唐艳.山东大学 2011
本文编号：3072753
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