大能量Ho-YAG固體激光器激光輸出性能的研究.pdf

1、2μm波段的激光是屬于人眼安全波段并且處于大氣傳輸窗口和水的吸收峰。2μm波段的激光還可以作為3~12μm寬帶可調(diào)諧中紅外激光器的泵浦源。這一系列的優(yōu)點(diǎn),讓2μm激光在軍事、醫(yī)療、民用、科研等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,成為世界各國(guó)爭(zhēng)相研究的對(duì)象。其中單摻Ho晶體的固體激光器較其他方案更容易獲取高功率、大能量、光束質(zhì)量較好的2μm激光輸出,是目前的研究熱點(diǎn)。為了獲取大能量、高光束質(zhì)量的2μm激光輸出,本文主要以Ho:YAG固體激光器作為研究

2、對(duì)象,從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)其激光輸出的性能進(jìn)行了研究。
　　理論上,分析了Ho:YAG晶體的吸收譜和發(fā)射譜,從而確定泵浦波長(zhǎng)以及激光發(fā)射波長(zhǎng)。建立了Ho:YAG晶體的熱分布模型,并對(duì)晶體場(chǎng)的溫度分布和晶體熱透鏡效應(yīng)進(jìn)行了分析,得到了晶體等效熱焦距的表達(dá)式。根據(jù)Ho3+的躍遷機(jī)制,建立了單摻Ho3+的準(zhǔn)二能級(jí)速率方程模型。通過對(duì)該模型的數(shù)值仿真,討論了激光晶體、泵浦光、以及諧振腔等因素對(duì)Ho:YAG激光器激光輸出性能的影響對(duì)Ho:YAG

3、激光器的諧振腔進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了兩種不同的腔型,理論上分析了影響諧振腔穩(wěn)定性的條件以及腔內(nèi)振蕩光斑的大小。
　　以理論部分的分析為依據(jù),對(duì)兩種腔型的大能量Ho:YAG激光器的輸出進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于“L”型諧振腔,采用的Ho:YAG晶體尺寸為Φ5×45mm3,Ho3+的摻雜濃度為0.8at.％。當(dāng)注入泵浦功率為93.9W時(shí),振蕩腔獲得最大輸出功率為32.9W,斜坡效率和光光效率分別為52.26%和35.0%。當(dāng)激光器在調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),

4、重頻為1kHz獲得最大輸出能量為30mJ,脈寬28.2ns。振蕩腔輸出的激光經(jīng)過一級(jí)放大以后,獲得最大連續(xù)輸出55.2W、脈沖能量輸出52mJ。激光輸出波長(zhǎng)和光束質(zhì)量因子分別是2090.6nm和2.1。對(duì)于“M”型諧振腔,Ho:YAG的晶體尺寸為Φ5×50mm3,Ho3+的摻雜濃度為0.5at.%。當(dāng)注入泵浦功率為75.6W,調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn),重頻100Hz時(shí),諧振腔獲得最大輸出能量52.51mJ,脈寬35ns,輸出激光的波長(zhǎng)和光束質(zhì)量因子為2