铥钬共掺钒酸镥晶体激光输出特性研究

发布时间：2020-11-15 07:22

　　 2μm波段激光处于大气窗口与人眼安全波段,同时也处于水分子和人体组织的吸收峰,因此该波段激光光源被广泛应用于工业、医疗、军事和科研等领域的计量与检测。利用半导体激光器泵浦Tm,Ho共掺晶体是获得2μm波段激光的有效手段。本论文的主要工作是从理论和实验两方面对新型Tm,Ho:LuVO_4激光器及其输出特性展开深入研究。首先,在理论方面利用实验获得的Tm,Ho:LuVO_4晶体的吸收光谱、荧光光谱,计算出Tm,Ho:LuVO_4晶体的吸收截面及发射截面。同时,根据Tm,Ho离子能级跃迁机制,得到Tm,Ho共掺系统的准四能级速率方程,由晶体参数及光谱参数等,对Tm,Ho:LuVO_4激光器的相关性能进行数值模拟,并根据模拟结果分析激光晶体参数和谐振腔参数对激光器连续输出特性的影响。根据已获得的Tm,Ho:LuVO_4晶体参数,对主动调Q的Tm,Ho:LuVO_4激光器输出特性进行数值模拟,并分析主动调Q模式运转Tm,Ho:LuVO_4激光器的晶体粒子数密度、谐振腔输出镜透过率、谐振腔内损耗对激光输出脉冲宽度、脉冲能量及峰值功率的影响。对被动调Q模式运转的Tm,Ho:LuVO_4激光器的输出特性进行数值模拟,并分析被动调Q模式运转Tm,Ho:LuVO_4激光器的输出镜透过率、漂白难易度等对输出功率、脉冲宽度和脉冲能量的影响。其次,建立Tm,Ho:LuVO_4激光器的谐振腔ABCD矩阵,对谐振腔的稳定性与谐振腔参数之间的关系进行详细分析,并以此为依据设计Tm,Ho:LuVO_4激光器的光学谐振腔。选用中心波长798.6nm的半导体激光器进行双端泵浦,实验研究了液氮制冷下连续波模式运转Tm,Ho:LuVO_4激光器的输出耦合镜透过率、谐振腔长、泵浦功率等谐振腔参数对激光器输出特性的影响。当Tm,Ho:LuVO_4激光器选用输出耦合镜透过率30%、谐振腔长155mm、泵浦功率14.7W时,有最大输出功率4.64W,相应的斜率效率和光学转换效率分别为34.6%和31.6%,激光器的输出波长为2075.72nm,该波长Tm,Ho:LuVO_4连续运转激光器可做医疗检测的新型激光光源。最后,在连续波模式运转Tm,Ho:LuVO_4激光器研究的基础上,开展主、被动调Q模式运转Tm,Ho:LuVO_4激光器的研究。实验研究了声光主动调QTm,Ho:LuVO_4激光器的输出耦合镜透过率、脉冲重复频率、泵浦功率等对激光器输出特性的影响。在输出镜透过率30%、脉冲重复频率10KHz、泵浦功率14.7W的条件下,有最大输出功率为3.77W,其斜率效率和光学转换效率为14%和25.6%;脉冲重复速率为1KHz时,获得最窄脉冲宽度69.9ns。激光器输出波长2056.59nm,该波长主动调Q脉冲Tm,Ho:LuVO_4激光器可应用于特种材料检测。在被动调Q Tm,Ho:LuVO_4激光器实验研究中,以二维材料石墨烯为饱和吸收体设计了新型饱和吸收镜,研究了被动调Q模式运转Tm,Ho:LuVO_4激光器的输出镜透过率、泵浦功率等对激光器输出特性的影响。激光器最大单脉冲能量40.4μJ,最大输出功率1034mW,最窄脉冲宽度300ns;激光输出波长2057.03nm,该波长被动调Q Tm,Ho:LuVO_4激光器可为遥感监测提供一种新的光源。本研究获得了一种2μm波段的新型连续激光输出和两种2μm波段的新型脉冲激光输出,为医疗仪器、材料检测、遥感监测领域提供了三种新型高质量激光光源。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN248
【部分图文】：

4连续激光器的输出波长如图3-13所示，连续波输出波长为2075.72nm，该波长可用作医疗检测仪器的 光 源 。 激 光 器 主 动 调 Q 模 式 运 转 时 ， 其 输 出 波 长 光 谱 范 围2074.60~2077.37nm，相应的光谱宽度为2.77nm。

Ho:LuVO4主动调 Q 激光器的输出波长ig.4-7 The output wavelength of the actively Q-switched Tm,Ho:LuVO4la光束质量的测量2

图 4-8 最高输出功率下 Tm,Ho:LuVO4激光器的 2-d 和 3-d 近场强度分布Fig.4-8 2-d and 3-d near-field intensity distribution of the Tm, Ho: LuVO4laser at thehighest output power
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本文编号：2884499