LD泵浦的kHz，Er 3+ /Yb 3+ :glass被动调Q微型固体激光器研究

发布时间：2021-11-04 20:03

　　LD泵浦的Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器是目前获得1.5μm人眼安全波段激光的热点研究方式之一。这种激光器具备体积紧凑、结构简单、转换率高、低成本、易于产品化等优点,可以广泛应用于激光测距、光通信、医学等领域。因此,研究实现1.5μm人眼安全波段激光器对于实际应用具有重要意义。本文调研分析了1.5μm波段激光的研究意义和应用领域。并对目前产生1.5μm激光的主要方式进行优缺点对比,最终选择Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃为本课题增益介质。并且确定了最终研究目标。设计了一款LD泵浦的kHz,Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型化激光器,通过实验得到了稳定性良好的激光输出。本文主要研究内容和成果如下:本文对Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃的能级特点进行分析。Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸玻璃能级跃迁过程复杂,产生1.5μm激光同时存在共协上转换、二次能量... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 1.5μm波段激光的特点及应用
    1.2 实现1.5μm激光输出的技术及研究进展
        1.2.1 利用非线性效应产生1.5μm激光技术及研究进展
        1.2.2 半导体激光器产生1.5μm激光的研究进展
        1.2.3 铒增益介质产生1.5μm激光技术及研究进展
    1.3 LD直接泵浦Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃激光器应用前景
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 LD泵浦Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃激光器的理论分析
    2.1 高效率1.5μm固体激光器的增益介质选择依据
        2.1.1 几种常用的Er~(3+)/Yb~(3+)共掺晶体基质与磷酸盐基质特性对比
        2.1.2 几种常用的Er~(3+)/Yb~(3+)共掺玻璃基质特性对比
    2.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃物理特性
        2.2.1 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃的能级特点
        2.2.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃发光特性
    2.3 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃激光器能量转移过程分析
        2.3.1 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃中Er~(3+)的跃迁过程
        2.3.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃中各能级离子间相互作用过程
    2.4 本章小结
第3章 增益介质热效应及被动调Q输出特性理论分析
    3.1 LD泵浦Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃热效应研究
        3.1.1 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃热效应产生机理和影响
        3.1.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃的热源模型及热透镜焦距计算
        3.1.3 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃热物理模型建立及模拟结果
    3.2 增益介质热效应对玻璃物理参数及腔模式影响分析
        3.2.1 增益介质内温度对反转粒子数、受激辐射截面影响
        3.2.2 热透镜效应对腔基模输出影响
    3.3 被动调Q输出特性理论分析
        3.3.1 常用于产生1.5μm激光的可饱和吸收体
        3.3.2 Er~(3+)/Yb~(3+):glass被动调Q(Co~(2+)：MgAl_2O_4)速率方程
    3.4 被动调Q脉冲的稳定性分析
        3.4.1 被动调Q脉冲输出不稳定基本原因
        3.4.2 单脉冲能量、脉冲宽度和峰值功率稳定性分析
        3.4.3 重复频率稳定性分析
    3.5 本章小结
第4章 LD泵浦kHz,1.5μm被动调Q激光器实验
    4.1 实验结构
    4.2 泵浦光斑整形的初步设计
        4.2.1 泵浦源结构与参数
        4.2.2 整形透镜焦距的模拟计算
        4.2.3 整形透镜焦距的优化实验
    4.3 调Q晶体初始透过率的优化实验
    4.4 激光器输出脉冲稳定性的优化实验
        4.4.1 输出耦合镜反射率的优化实验
        4.4.2 泵浦源占空比的优化实验
        4.4.3 泵浦光束腰在增益介质中位置的优化实验
    4.5 激光器参数的确定及实验优化结果
    4.6 LD泵浦kHz,1.5μm微型固体激光器的工程化设计展望
        4.6.1 晶体键合的实现
        4.6.2 晶体表面处理
        4.6.3 玻璃和Q晶体光胶的实现
        4.6.4 玻璃和Q晶体热处理
        4.6.5 微型化人眼安全激光器封装设计
    4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间所发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Er3+,Yb3+:glass/Co2+:MgAl2O4复合材料LD泵浦被动调Q微型激光器[J]. 蔡瑾鹭,张宇露,郭娜,惠勇凌,姜梦华,雷訇,李强.  光电子·激光. 2017(09)
[2]Nd:GYSGG/YVO4双波长人眼安全波段内腔拉曼激光器[J]. 王慧,张会峰,郭涛.  红外与激光工程. 2015(12)
[3]掠入射板条放大器链的热效应模拟分析[J]. 王万祎,雷訇,郭猛,惠勇凌,姜梦华,李强.  强激光与粒子束. 2015(05)
[4]宽温度范围微型人眼安全激光器[J]. 郭猛,惠勇凌,张宇露,姜梦华,雷訇,李强.  强激光与粒子束. 2015(04)
[5]500mJ输出人眼安全环形腔KTP-OPO激光器[J]. 穆宇,包照日格图.  激光与红外. 2014(09)
[6]全光纤自调Q双包层Er-Yb共掺光纤环形激光器[J]. 吴端端,罗正钱,蔡志平,许惠英.  光电子.激光. 2014(03)
[7]双模式人眼安全MOPA全光纤激光器[J]. 云剑,孙传东,高存孝,朱少岚,何浩东,冯莉,牛林全,董利军.  深圳大学学报(理工版). 2012(04)
[8]百瓦级高重复频率窄脉宽光纤激光器实验研究[J]. 李尧,朱辰,王雄飞,林佶翔,赵鸿.  中国激光. 2009(02)
[9]Cr4+∶YAG被动调Q微晶片激光器重复频率稳定性研究[J]. 刘少龙,朱少岚,赵卫,刘红军,王屹山,高存孝.  光子学报. 2008(09)
[10]人眼安全全固态激光器研究进展[J]. 冯宇彤,孟俊清,陈卫标.  激光与光电子学进展. 2007(10)

博士论文
[1]激光二极管泵浦的1.5μm固体激光器的理论和实验研究[D]. 李渊骥.山西大学 2013

硕士论文
[1]LD泵浦Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微型激光器研究[D]. 黄雪松.北京工业大学 2016
[2]LD泵浦1.5μm微型固体激光器的研究[D]. 张宇露.北京工业大学 2016
[3]散热对激光晶体热效应的影响及光程差简便计算方法[D]. 杨浩.西安建筑科技大学 2010
[4]LD泵浦ErYb共掺全固态激光器设计及实验研究[D]. 徐翠莲.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3476356