近红外波段新型可调谐、高稳定锁模激光器的研究
发布时间：2021-11-19 03:52
激光是二十世纪最伟大的发明之一。而其中固体激光应用非常广泛,特别是在金属加工、医学、工业制造等方面,如眼科手术,红绿蓝（RGB）光源激光打印机和放映机,环境测量等。历史上,科学家们使用单晶或玻璃被用作固态激光器的增益介质,首先成功的是梅曼在1960年设计的红宝石激光器,而自从1964年人们使用Nd:YAG(Nd:Y3Al5O12)单晶在室温下成功产生连续波激光振荡以来,使用单晶的固体激光器的设计不断取得突破。而透明陶瓷激光材料因其相对于单晶激光的诸多优点而成为一种很有前途的候选增益介质。首先,陶瓷可以大量生产,其次,它们可以为高光束质量的光纤激光器提供增益介质,也可以制成结构复杂的复合激光介质,此外,陶瓷可以大量均匀地掺杂激光活性离子。它们还可用于制造新型激光材料,如倍半氧化物,这是传统熔体生长过程所不能生产的,这种新型激光材料具有抗激光损伤能力强、寿命长等优点,在高功率密度激光领域具有广阔的应用前景。所以使用透明陶瓷材料代替单晶材料作为激光增益介质已经成为研究热点。本文先围绕新型激光增益固体材料,理论分析了基质材料对光...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Yb3+的能级结构和可能的跃迁（光吸收和发射、声子跃迁）
第二章掺镱激光增益固体材料12激光增益材料在合适的抽运和腔体设计条件下可以实现激光振荡。正如前面章节所讨论的，选择不同的活性离子和基质材料组成增益介质，对激光动力学有很大的影响。此外，对于不同的腔设计，激光的特性也会有很大的不同。因此，人们需要建立一种理论来精确描述激光腔内发生的激光动力学。对于大多数固体激光器来说，激光动力学可以用一组耦合的速率方程来精确描述，这就是所谓的速率方程理论。众所周知，激光就是原子能级间的受激辐射。实现激光振荡的一大必要条件是，从能级上的粒子数来说，高能级必须大于低能级，这被称为粒子数反转。可以用一对联立的对时间微分的方程来描述空间均匀激光介质中的粒子反转数和辐射密度的关系。通常使用的速率方程包含一些简化和假设：通常不考虑激光介质中辐射的纵向和径向变化。根据速率方程可以得到阈值条件和激光效率等重要信息。此外，即使在必须考虑非均匀性的情况下，只要引入一些小的修正，速率方程仍然可以提供一个很好的近似。此外，速率方程在预测激光输出的总体特性，如阈值泵浦功率、输出激光的平均功率和峰值功率、调Q激光器、脉冲激光器等方面也有一定的实用价值。总之，速率方程提供了一个强大的工具来解决固体激光工程师遇到的大多数问题。2.3.1理想的三能级系统图2-2红宝石晶体-典型的三能级系统理想的三能级系统如图2-2所示。1级的粒子通过抽运到达3级，这种抽运可以是吸收来自手电筒、激光二极管或其他固态激光器的适当光子。在这里简单地假设粒子从第一级以ωp的速率上升到第3级。当粒子到达第3级时，它们迅速衰变跃迁到第2级和第1级，使激光辐射发生在2级和1级之间。除此之外我2.3能级系统的速率方程描述
第二章掺镱激光增益固体材料15()212totthptotthouttthnnWnnhVPncνττσ+=（2-21）根据公式（2-13）和（2-21），我们可以看出在三能级模型中，泵浦阈值与激发态能级寿命成线性反比，与激光发射截面成非线性负相关，这意味着长寿命的激发态有着更高的储能效率；而耦合激光的输出功率与泵浦功率成线性增加关系。2.3.2理想的四能级系统理想的四能级系统如图2-3所示。图2-3Nd:YAG-典型的四能级系统类似于三能级系统，我们也假设粒子间没有发生碰撞，则进一步可以得到在稳定状态下有如下：32103000τττ≈≈≈∞（2-22）由上述公式我们可以推出四能级的速率方程为：220212131tot0221dndt0ddtpcnWnncncnnnnnncncσστσστ=+≈≈=+=（2-22）简化后速率方程可以写为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Generation of sub-100-fs pulses from a diode-pumped Yb:Y3ScAl4O12 ceramic laser[J]. 马杰,王俊,沈德元,Akio Ikesue,唐定远. Chinese Optics Letters. 2017(12)
本文编号：3504233
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Yb3+的能级结构和可能的跃迁（光吸收和发射、声子跃迁）
第二章掺镱激光增益固体材料12激光增益材料在合适的抽运和腔体设计条件下可以实现激光振荡。正如前面章节所讨论的，选择不同的活性离子和基质材料组成增益介质，对激光动力学有很大的影响。此外，对于不同的腔设计，激光的特性也会有很大的不同。因此，人们需要建立一种理论来精确描述激光腔内发生的激光动力学。对于大多数固体激光器来说，激光动力学可以用一组耦合的速率方程来精确描述，这就是所谓的速率方程理论。众所周知，激光就是原子能级间的受激辐射。实现激光振荡的一大必要条件是，从能级上的粒子数来说，高能级必须大于低能级，这被称为粒子数反转。可以用一对联立的对时间微分的方程来描述空间均匀激光介质中的粒子反转数和辐射密度的关系。通常使用的速率方程包含一些简化和假设：通常不考虑激光介质中辐射的纵向和径向变化。根据速率方程可以得到阈值条件和激光效率等重要信息。此外，即使在必须考虑非均匀性的情况下，只要引入一些小的修正，速率方程仍然可以提供一个很好的近似。此外，速率方程在预测激光输出的总体特性，如阈值泵浦功率、输出激光的平均功率和峰值功率、调Q激光器、脉冲激光器等方面也有一定的实用价值。总之，速率方程提供了一个强大的工具来解决固体激光工程师遇到的大多数问题。2.3.1理想的三能级系统图2-2红宝石晶体-典型的三能级系统理想的三能级系统如图2-2所示。1级的粒子通过抽运到达3级，这种抽运可以是吸收来自手电筒、激光二极管或其他固态激光器的适当光子。在这里简单地假设粒子从第一级以ωp的速率上升到第3级。当粒子到达第3级时，它们迅速衰变跃迁到第2级和第1级，使激光辐射发生在2级和1级之间。除此之外我2.3能级系统的速率方程描述
第二章掺镱激光增益固体材料15()212totthptotthouttthnnWnnhVPncνττσ+=（2-21）根据公式（2-13）和（2-21），我们可以看出在三能级模型中，泵浦阈值与激发态能级寿命成线性反比，与激光发射截面成非线性负相关，这意味着长寿命的激发态有着更高的储能效率；而耦合激光的输出功率与泵浦功率成线性增加关系。2.3.2理想的四能级系统理想的四能级系统如图2-3所示。图2-3Nd:YAG-典型的四能级系统类似于三能级系统，我们也假设粒子间没有发生碰撞，则进一步可以得到在稳定状态下有如下：32103000τττ≈≈≈∞（2-22）由上述公式我们可以推出四能级的速率方程为：220212131tot0221dndt0ddtpcnWnncncnnnnnncncσστσστ=+≈≈=+=（2-22）简化后速率方程可以写为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Generation of sub-100-fs pulses from a diode-pumped Yb:Y3ScAl4O12 ceramic laser[J]. 马杰,王俊,沈德元,Akio Ikesue,唐定远. Chinese Optics Letters. 2017(12)
本文编号：3504233
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3504233.html
