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基态高斯塔克能级热助推泵浦Nd:YVO_4激光器研究

作　者: 陈娜
导　师: 丁欣
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 热效应 热助推泵浦 基态高斯塔克能级 Nd:YVO4激光器
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 43次
引　用: 1次
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内容摘要


热效应是实现全固态激光器高功率、高效率和高光束质量运转的瓶颈。由激光介质内热沉积产生的物理机制可知,解决热效应最根本的办法就是减小泵浦光和振荡光之间的量子缺陷,基态高斯塔克能级热助推泵浦方式（Thermally boosted pumping from high Stark sublevel of the ground state）是采用特定波长泵浦光把能量直接转化到激光上能级,而不是泵浦到更高的能带然后再驰豫到激光上能级,这种泵浦方式可将量子缺陷降到最低并消除量子效率损耗,能够最大程度地提高量子效率并最大限度降低热沉积,是一种可根本性解决固体激光器热效应的方案。在本论文中,分别采用全固态准连续可调谐钛宝石激光器和连续914nm Nd:YVO4激光器作为泵浦源,选用不同掺杂浓度和长度的Nd:YVO4晶体作为激光增益介质,主要研究晶体温度、掺杂浓度和长度对基态高斯塔克能级热助推泵浦的Nd:YVO4激光器输出特性的影响。主要内容和创新点如下:1.介绍了Nd:YAG和Nd:YVO4晶体的高斯塔克能级热助推泵浦特性;对端面泵浦固体激光器中的热效应进行了理论研究,并从热助推泵浦四能级激光系统的速率方程出发,研究了热助推泵浦的机理。2.对热助推泵浦Nd:YVO4激光器的泵浦源——全固态准连续可调谐钛宝石激光器进行了实验研究,获得的钛宝石激光器的调谐范围为675-970nm,输出谱线宽度为2nm,脉冲宽度为17.6ns,在780nm处的最大功率为6.2W,相应的光-光转化效率为28.2%。其中,钛宝石激光器在914nm处的最大输出功率为3.7W。3.对增益开关固体激光器的物理模型和时间特性进行了理论研究,同时在研究全固态准连续可调谐钛宝石激光器的基础上,使用钛宝石激光器作为泵浦源,把其输出调至Nd:YVO4的热助推泵浦带,进行了准连续914nm钛宝石激光器热助推泵浦的Nd:YVO4激光器1064nm运转实验研究,得到的最大输出功率为230 mW,相应的光-光转化效率为23.7%,斜率效率为79%。使用钛宝石激光器泵浦的Nd:YVO4激光器同样具有增益开关的性质,获得了3.1ns的窄脉宽输出。4.对连续914nm Nd:YVO4激光器基态高斯塔克能级热助推泵浦的Nd:YVO4激光器1064nm、1342nm运转进行了实验研究,重点研究了晶体的温度、晶体的掺杂浓度和晶体长度对激光器输出特性的影响。当晶体温度为50oC时,使用掺杂浓度为1.0 at.%、尺寸为3mm×3mm×10mm的Nd:YVO4作为激光介质时,获得了最大功率为2.2W的1064nm输出,相应的斜率效率为83.9%。当晶体温度为50oC时,使用两块掺杂浓度为1.0 at.%、尺寸为3mm×3mm×4mm的晶体作为激光介质时,获得了最大功率为1.05W的1342nm输出,相应的斜率效率为66.4%。

全文目录


中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 综述  9-19
  1.1 固体激光器直接泵浦和热助推泵浦方式综述  9-18
    1.1.1 直接泵浦和热助推泵浦方式的背景  9-10
    1.1.2 直接泵浦和热助推泵浦Nd:YAG  10-16
    1.1.3 其他晶体直接泵浦和热助推泵浦方式的研究进展  16-18
    1.1.4 本章小结  18
  1.2 论文研究的主要内容  18-19
第二章 掺Nd~(3+)激光晶体的基态高斯塔克能级热助推泵浦特性  19-25
  2.1 Nd:YAG 晶体的能级结构及其基态高斯塔克能级热助推泵浦特性  19-22
  2.2 Nd:YVO_4 晶体的能级结构及其基态高斯塔克能级热助推泵浦特性  22-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 端面直接泵浦和热助推泵浦固体激光器的理论研究  25-35
  3.1 端面泵浦固体激光器中的热效应  25-30
    3.1.1 端面泵浦固体激光器轴对称激光棒中的温度梯度分布情况  25-28
    3.1.2 端面泵浦固体激光器中热透镜效应  28-29
    3.1.3 端面泵浦Nd:YVO_4 激光器的热破裂现象  29-30
  3.2 四能级激光系统及其速率方程  30-32
    3.2.1 Nd:YAG 和Nd:YVO_4 晶体的速率方程  30-32
  3.3 直接泵浦和热助推泵浦方式下热量分析与计算  32-35
第四章 全固态准连续高功率宽调谐钛宝石激光器研究  35-43
  4.1 钛宝石激光器泵浦源特性研究  35-37
    4.1.1 LD 组件介绍  35-36
    4.1.2 声光Q 开关内腔倍频Nd:YAG 激光器的输出特性  36-37
  4.2 全固态准连续高功率宽调谐钛宝石激光器实验研究  37-43
    4.2.1 实验装置  37-38
    4.2.2 钛宝石激光腔的设计  38-39
    4.2.3 实验结果及讨论  39-43
第五章 准连续914nm 钛宝石激光器热助推泵浦的Nd:YVO_4激光器研究  43-52
  5.1 固体激光器增益开关特性的理论研究  43-47
  5.2 钛宝石激光器热助推泵浦的Nd:YVO_4 激光器实验研究  47-50
    5.2.1 实验装置  47-49
    5.2.2 实验结果  49-50
  5.3 本章小结  50-52
第六章 连续914 nm 激光器热助推泵浦的Nd:YVO_4激光器实验研究  52-78
  6.1 连续914nm Nd:YVO_4 激光器的实验研究  52-54
    6.1.1 实验装置  52-53
    6.1.2 连续914 nm Nd:YVO_4 激光器的输出特性  53-54
  6.2 连续914nm 激光器热助推泵浦的Nd:YVO_4 激光器实验研究  54-67
    6.2.1 热助推泵浦的Nd:YVO_4 激光器1064nm 输出  54-63
    6.2.2 热助推泵浦的Nd:YVO_4 激光器1342nm 输出  63-67
  6.3 实验结果分析与讨论  67-75
    6.3.1 晶体温度对热助推泵浦特性的影响及分析  67-70
    6.3.2 晶体掺杂浓度对热助推泵浦特性的影响及分析  70-73
    6.3.3 晶体长度对热助推泵浦特性的影响及分析  73-75
  6.4 本章小结  75-78
全文总结  78-79
参考文献  79-86
发表论文和科研情况说明  86-88
致谢  88

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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