基于掺钕纳米颗粒流体激光器的理论分析及性能研究
本文选题:LaF3:Nd纳米颗粒 + 激光器 ; 参考:《南京邮电大学》2015年硕士论文
【摘要】:近年来,热管理问题一直是制约高能固体激光器进一步发展的重要因素,而液体激光器虽具有可流动性,容易实现热管理,但由于很多因素的限制,其在高功率高能量领域仍未达到实用阶段。为了有效改善热管理,综合固体介质的高增益特性和液体介质的可流动性,研究人员提出了一种新的激光器概念——流体激光器,将固体介质制成微颗粒分散到合适的液体中,形成流体激光材料。本文首先介绍了高能激光系统在国内外的应用以及发展历程,并基于四能级激光系统速率方程推导了输运方程,系统模拟了激光系统的瞬时特性和输出特性;同时,推导出光放大器的输运方程,并以此获得了激光工作介质增益特性,为下一步实验提供理论基础。利用水热法制备了LaF3:Nd纳米颗粒,将其分散在四溴乙烷和DMSO的混合溶剂中形成透明分散液;利用相关仪器对该流体激光介质的吸收光谱、荧光光谱以及荧光寿命进行了分析测试;根据Mie散射模型对该材料的散射进行了计算和模拟,同时对激光工作介质进行了简单的热分析;最后利用ZEMAX软件对泵浦耦合系统进行了模拟仿真,选取合适的泵浦结构,同时就谐振腔结构进行了设计,最终设计出合适的激光实验系统。首先为了验证激光光路的可行性,以钕玻璃作为激光工作物质,对其进行泵浦实验,获得39.6mJ的激光脉冲输出,有较高的斜效率。然后利用所制备的流体激光工作介质进行出光实验,但未能实现激光输出。最后,通过对以色列的实验进行理论分析,并将相关参数与本论文的出光实验参数进行对比,指出这份流体材料主要存在吸收弱,在以后的实验研究中可以着重从这方面入手,为以后进一步的进展提供更有效的支持。
[Abstract]:In recent years, thermal management has been an important factor restricting the further development of high-energy solid-state lasers. Although liquid lasers have fluidity, it is easy to realize thermal management, but due to the limitations of many factors, It has not reached the practical stage in the field of high power and high energy. In order to effectively improve thermal management and integrate the high gain characteristics of solid media and the fluidity of liquid media, a new concept of laser, fluid laser, was proposed, in which the solid medium was made into microparticles and dispersed into suitable liquid. Form a fluid laser material. This paper first introduces the application and development of the high energy laser system at home and abroad, and derives the transport equation based on the rate equation of the four-level laser system, and simulates the instantaneous and output characteristics of the laser system. The transport equation of the optical amplifier is derived, and the gain characteristics of the laser working medium are obtained, which provides a theoretical basis for the next experiment. LaF3:Nd nanoparticles were prepared by hydrothermal method and dispersed in the mixed solvent of tetrabromoethane and DMSO to form transparent dispersions. According to the Mie scattering model, the scattering of the material is calculated and simulated. At the same time, the laser working medium is analyzed simply. Finally, the pump coupling system is simulated by ZEMAX software, and the appropriate pump structure is selected. At the same time, the resonator structure is designed, and a suitable laser experimental system is designed. Firstly, in order to verify the feasibility of the laser optical path, the ND glass is used as the working material of the laser, and the laser pulse output of 39.6mJ is obtained by the pump experiment. The laser pulse output has a high skew efficiency. Then the optical experiments were carried out using the liquid laser working medium, but the laser output was not realized. Finally, through the theoretical analysis of the Israeli experiment and the comparison between the relevant parameters and the light output experimental parameters of this paper, it is pointed out that the main absorption of this fluid material is weak, and we can focus on this aspect in the later experimental research. Provide more effective support for further progress in the future.
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN248
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,本文编号:1780967
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