高性能稀土离子掺杂中红外固体激光及光学参量振荡器研究
发布时间：2021-09-18 17:09
中红外1.5-4 μm人眼安全波段涵盖重要的大气透射窗口,覆盖大量的分子和原子特征吸收峰,是重要的分子指纹光谱区域。处于这一光谱范围的高性能激光在医学医疗、激光通讯、激光雷达、气体探测、光电对抗和科学研究等领域均具有重要的应用价值。随着LD泵浦技术的发展,稀土离子Er3+、Tm3+、Ho3+掺杂固体激光因结构简单、成本低廉、稳定可靠等优点逐渐成为获得中红外波段相干光源的重要途径。然而,稀土离子成熟的激光发射波长目前主要集中在3 μm以下波段,而且相应的中红外激光性能还远落后于1 μm波段。另一方面,稀土离子掺杂3 μm以上波长中红外激光主要依靠光参量振荡器（Optical Parametric Oscillators,OPOs）等非线性频率变换过程实现,其中又以1 μm波段激光泵浦居多。理论上,OPOs转换效率受泵浦光和闲频光波长比值的限制,因此利用长波长激光泵浦可有效提高转换效率,但这一方式还取决于3 μm以下波段中红外激光性能。因此,基于稀土离子掺杂中红外固体激光及其泵浦的光参量频率变换成为近年来激光领域的研究热点之一。本论文基于Er3+、Tm3+、Ho3+掺杂晶体介质以及周期性极...
【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】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?１．５哗相干多普勒测风雷达［３］．??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｏｈｅｒｅｎｔ?Ｄｏｐｐｌｅｒ?ｗｉｎｄ?ｒａｄａｒ?ａｔ?１．５?ｆｉｍ?［３］．??（２）?２ｊｘｍ波段激光应用??
山东大学博士学位论文??編??图１．２?２阿激光肝脏消融效果；黑色线条代表１?ｍｍ尺度［４］．??Ｆｉｇ．?１．２?２?｜ｉｍ?ｌａｓｅｒ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ?ｉｎ?ｌｉｖｅｒ；?Ｂｌａｃｋ?ｂａｒ?ｐｒｅｓｅｎｔｓ?１?ｍｍ?ｉｎ?ｓｉｚｅ?［４］．??（３）?３｜ｉｍ波段激光应用??３?ｆｉｍ波段激光处于强水吸收峰附近，对生物组织的穿透范围很浅，用作激??光手术刀可以很好地避免对外围生物组织的损害，目前在牙科牙硬组织激光消融??手术中应用尤为普遍，其工作机理是３?ｐｍ波段激光被人体组织中的水分子和牙??齿中的羟基吸收后，会在组织表面处形成大量汽化膨胀并产生微爆使牙体组织表??层得以去除［７，?８］。Ｅｒ：ＹＡＧ激光消融牙本质电镜照片如图１．３所示。２．９４?ｐｍ??ＥｒＹＡＧ激光超声辅助治疗仪对治疗慢性牙周炎具有明显的临床效果，可以有效??去除感染组织、牙骨病变层，杀灭大量炎症致病细菌［９］。另外，３?ｐｍ激光还可??以作为光学参量振荡器（Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ?Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ，?ＯＰＯｓ）泵浦源，获得３－１２??ｐｍ中远红外激光输出，在光电对抗中具有重要的应用价值。??图１．３?Ｅｒ：ＹＡＧ?３叩ｉ激光消融牙本质电镜照片［７】．??Ｆｉｇ．?１．３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｄｅｎｔｉｎ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｕｓｉｎｇ?３?＾ｉｍ?Ｅｒ：ＹＡＧ?ｌａｓｅｒ?［７］．??３??
光谱区域，所以３－５?ｐｍ波??段激光可以探测的气体范围包括甲烷、乙烷、丙烷以及氯化氢、硫化氢、氟化氢、??水蒸气等，是名副其实的分子“指纹谱”［１４］。在军事方面，３－５?ｐｍ波段与航天器??发动机、动力设施和燃气尾焰等产生的热源辐射相匹配，为保护飞行器不受红外??制导导弹威胁，定向红外对抗系统（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ?Ｉｎｆｒａｒｅｄ?Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ，?ＤＩＲＣＭ）??己成为各军事大国竞相研究的热点［１５，?１６］。例如，英美联合研制的“复仇女神”??机载定向对抗系统如图１．４?（ａ）所示，已经列装在军方的多种机型上，系统中的??“毒蛇”激光器采用固体激光泵浦ＯＰＯｓ方案，可以探测ｌ〇ｋｍ以内任何方向发射??来的导弹，并利用４?ｐｍ波段红外激光摧毁来犯红外制导导弹上的光电探测器；??英国Ｓｅｌｅｘ?Ｇａｌｉｌｅｏ公司研发的“狮头战神”ＤＩＲＣＭ系统如图１．４?（ｂ）所示，采用??高功率光纤激光器泵浦ＰＰＬＮ光学超晶格与ＺＧＰ晶体级联ＯＰＯｓ实现多波长中??红外激光输出，能够产生Ｉ、ＩＩ和ＶＩ三个波段高功率激光，相应的激光输出功率??分别为３?Ｗ、２?Ｗ和５?Ｗ。??禮‘Ｓｉ??图１．４?（ａ）?“复仇女神”和（ｂ）?“狮头战神”定向红外对抗系统［１５］．??Ｆｉｇ．?１．?４?（ａ）?Ｎｅｍｅｓｉｓ?ａｎｄ?（ｂ）?Ｍｉｙｓｉｓ?ＤＩＲＣＭ?ｓｙｓｔｅｍｓ?［１５］．??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Er:YAG激光辅助超声治疗仪治疗牙周炎的临床研究[J]. 徐若竹,李军,骆伟燕. 数理医药学杂志. 2019(11)
[2]辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取[J]. 李珍妮,宋小全,马秋杰,吴松华,王箫鹏,李荣忠. 海洋气象学报. 2019(04)
[3]Wideband tunable passively Q-switched fiber laser at 2.8 μm using a broadband carbon nanotube saturable absorber[J]. YANJIA Lü,CHEN WEI,HAN ZHANG,ZHE KANG,GUANSHI QIN,YONG LIU. Photonics Research. 2019(01)
[4]紧凑型MgO:PPLN宽波段可调谐连续光参量振荡器[J]. 张永昶,朱海永,张静,郭俊宏,张栋,段延敏. 红外与激光工程. 2018(11)
[5]定向红外对抗系统中的激光器技术[J]. 孟冬冬,张鸿博,李明山,林蔚然,沈兆国,张杰,樊仲维. 红外与激光工程. 2018(11)
[6]Watt-level broadly wavelength tunable mode-locked solid-state laser in the 2 μm water absorption region[J]. WEI ZHOU,XIAODONG XU,RUI XU,XULIANG FAN,YONGGUANG ZHAO,LEI LI,DINGYUAN TANG,DEYUAN SHEN. Photonics Research. 2017(06)
[7]电光调Q晶体研究进展[J]. 郑大怀,吴婧,商继芳,张玲,刘士国,孙军,孔勇发. 中国科学:技术科学. 2017(11)
[8]机载定向红外对抗系统的中波红外激光器及关键技术[J]. 张元生,徐亮,陈方,边栓成,蔡猛. 电光与控制. 2017(05)
[9]Er:YAG激光脉宽对牙硬组织消融特性影响的研究[J]. 崔庆哲,杨经纬,凌琳,程庭清,吴先友,江海河. 激光生物学报. 2015(04)
[10]中红外固体激光器研究进展[J]. 潘其坤. 中国光学. 2015(04)
博士论文
[1]光学超晶格中红外光参量振荡器研究[D]. 宁建.山东大学 2017
[2]1.6μm波段Er:YAG脉冲激光技术研究[D]. 唐平华.湖南大学 2015
[3]掺钼铌酸锂系列晶体的生长及其光折变性能的研究[D]. 田甜.南开大学 2013
硕士论文
[1]无序结构Tm：CaGdAlO＿4和Tm：CaYAlO＿4晶体的激光特性研究[D]. 兰敬隆.厦门大学 2018
[2]LD共振泵浦内腔MgO:PPLN中红外光参量振荡器研究[D]. 邢爽.长春理工大学 2018
[3]2μm Tm:YAG主动调Q板条激光器研究[D]. 金琳.江苏师范大学 2017
[4]LD泵浦3微米Er固体激光器输出特性研究[D]. 徐赛.哈尔滨工业大学 2015
[5]新型2微米全固态陶瓷锁模激光器[D]. 林清峰.西安电子科技大学 2014
[6]高功率Tm:YAP板条激光器实验研究[D]. 李上.哈尔滨工业大学 2013
[7]常温谐振泵浦Ho：YAP激光的实验研究[D]. 杨晓涛.哈尔滨工业大学 2009
[8]2μm波段激光晶体Tm：YAP的生长、缺陷及光学性质研究[D]. 杨扬.上海交通大学 2007
本文编号：3400519
【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】：156 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?１．５哗相干多普勒测风雷达［３］．??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｏｈｅｒｅｎｔ?Ｄｏｐｐｌｅｒ?ｗｉｎｄ?ｒａｄａｒ?ａｔ?１．５?ｆｉｍ?［３］．??（２）?２ｊｘｍ波段激光应用??
山东大学博士学位论文??編??图１．２?２阿激光肝脏消融效果；黑色线条代表１?ｍｍ尺度［４］．??Ｆｉｇ．?１．２?２?｜ｉｍ?ｌａｓｅｒ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ?ｉｎ?ｌｉｖｅｒ；?Ｂｌａｃｋ?ｂａｒ?ｐｒｅｓｅｎｔｓ?１?ｍｍ?ｉｎ?ｓｉｚｅ?［４］．??（３）?３｜ｉｍ波段激光应用??３?ｆｉｍ波段激光处于强水吸收峰附近，对生物组织的穿透范围很浅，用作激??光手术刀可以很好地避免对外围生物组织的损害，目前在牙科牙硬组织激光消融??手术中应用尤为普遍，其工作机理是３?ｐｍ波段激光被人体组织中的水分子和牙??齿中的羟基吸收后，会在组织表面处形成大量汽化膨胀并产生微爆使牙体组织表??层得以去除［７，?８］。Ｅｒ：ＹＡＧ激光消融牙本质电镜照片如图１．３所示。２．９４?ｐｍ??ＥｒＹＡＧ激光超声辅助治疗仪对治疗慢性牙周炎具有明显的临床效果，可以有效??去除感染组织、牙骨病变层，杀灭大量炎症致病细菌［９］。另外，３?ｐｍ激光还可??以作为光学参量振荡器（Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ?Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ，?ＯＰＯｓ）泵浦源，获得３－１２??ｐｍ中远红外激光输出，在光电对抗中具有重要的应用价值。??图１．３?Ｅｒ：ＹＡＧ?３叩ｉ激光消融牙本质电镜照片［７】．??Ｆｉｇ．?１．３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｄｅｎｔｉｎ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｕｓｉｎｇ?３?＾ｉｍ?Ｅｒ：ＹＡＧ?ｌａｓｅｒ?［７］．??３??
光谱区域，所以３－５?ｐｍ波??段激光可以探测的气体范围包括甲烷、乙烷、丙烷以及氯化氢、硫化氢、氟化氢、??水蒸气等，是名副其实的分子“指纹谱”［１４］。在军事方面，３－５?ｐｍ波段与航天器??发动机、动力设施和燃气尾焰等产生的热源辐射相匹配，为保护飞行器不受红外??制导导弹威胁，定向红外对抗系统（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ?Ｉｎｆｒａｒｅｄ?Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ，?ＤＩＲＣＭ）??己成为各军事大国竞相研究的热点［１５，?１６］。例如，英美联合研制的“复仇女神”??机载定向对抗系统如图１．４?（ａ）所示，已经列装在军方的多种机型上，系统中的??“毒蛇”激光器采用固体激光泵浦ＯＰＯｓ方案，可以探测ｌ〇ｋｍ以内任何方向发射??来的导弹，并利用４?ｐｍ波段红外激光摧毁来犯红外制导导弹上的光电探测器；??英国Ｓｅｌｅｘ?Ｇａｌｉｌｅｏ公司研发的“狮头战神”ＤＩＲＣＭ系统如图１．４?（ｂ）所示，采用??高功率光纤激光器泵浦ＰＰＬＮ光学超晶格与ＺＧＰ晶体级联ＯＰＯｓ实现多波长中??红外激光输出，能够产生Ｉ、ＩＩ和ＶＩ三个波段高功率激光，相应的激光输出功率??分别为３?Ｗ、２?Ｗ和５?Ｗ。??禮‘Ｓｉ??图１．４?（ａ）?“复仇女神”和（ｂ）?“狮头战神”定向红外对抗系统［１５］．??Ｆｉｇ．?１．?４?（ａ）?Ｎｅｍｅｓｉｓ?ａｎｄ?（ｂ）?Ｍｉｙｓｉｓ?ＤＩＲＣＭ?ｓｙｓｔｅｍｓ?［１５］．??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Er:YAG激光辅助超声治疗仪治疗牙周炎的临床研究[J]. 徐若竹,李军,骆伟燕. 数理医药学杂志. 2019(11)
[2]辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取[J]. 李珍妮,宋小全,马秋杰,吴松华,王箫鹏,李荣忠. 海洋气象学报. 2019(04)
[3]Wideband tunable passively Q-switched fiber laser at 2.8 μm using a broadband carbon nanotube saturable absorber[J]. YANJIA Lü,CHEN WEI,HAN ZHANG,ZHE KANG,GUANSHI QIN,YONG LIU. Photonics Research. 2019(01)
[4]紧凑型MgO:PPLN宽波段可调谐连续光参量振荡器[J]. 张永昶,朱海永,张静,郭俊宏,张栋,段延敏. 红外与激光工程. 2018(11)
[5]定向红外对抗系统中的激光器技术[J]. 孟冬冬,张鸿博,李明山,林蔚然,沈兆国,张杰,樊仲维. 红外与激光工程. 2018(11)
[6]Watt-level broadly wavelength tunable mode-locked solid-state laser in the 2 μm water absorption region[J]. WEI ZHOU,XIAODONG XU,RUI XU,XULIANG FAN,YONGGUANG ZHAO,LEI LI,DINGYUAN TANG,DEYUAN SHEN. Photonics Research. 2017(06)
[7]电光调Q晶体研究进展[J]. 郑大怀,吴婧,商继芳,张玲,刘士国,孙军,孔勇发. 中国科学:技术科学. 2017(11)
[8]机载定向红外对抗系统的中波红外激光器及关键技术[J]. 张元生,徐亮,陈方,边栓成,蔡猛. 电光与控制. 2017(05)
[9]Er:YAG激光脉宽对牙硬组织消融特性影响的研究[J]. 崔庆哲,杨经纬,凌琳,程庭清,吴先友,江海河. 激光生物学报. 2015(04)
[10]中红外固体激光器研究进展[J]. 潘其坤. 中国光学. 2015(04)
博士论文
[1]光学超晶格中红外光参量振荡器研究[D]. 宁建.山东大学 2017
[2]1.6μm波段Er:YAG脉冲激光技术研究[D]. 唐平华.湖南大学 2015
[3]掺钼铌酸锂系列晶体的生长及其光折变性能的研究[D]. 田甜.南开大学 2013
硕士论文
[1]无序结构Tm：CaGdAlO＿4和Tm：CaYAlO＿4晶体的激光特性研究[D]. 兰敬隆.厦门大学 2018
[2]LD共振泵浦内腔MgO:PPLN中红外光参量振荡器研究[D]. 邢爽.长春理工大学 2018
[3]2μm Tm:YAG主动调Q板条激光器研究[D]. 金琳.江苏师范大学 2017
[4]LD泵浦3微米Er固体激光器输出特性研究[D]. 徐赛.哈尔滨工业大学 2015
[5]新型2微米全固态陶瓷锁模激光器[D]. 林清峰.西安电子科技大学 2014
[6]高功率Tm:YAP板条激光器实验研究[D]. 李上.哈尔滨工业大学 2013
[7]常温谐振泵浦Ho：YAP激光的实验研究[D]. 杨晓涛.哈尔滨工业大学 2009
[8]2μm波段激光晶体Tm：YAP的生长、缺陷及光学性质研究[D]. 杨扬.上海交通大学 2007
本文编号：3400519
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