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高功率连续运转全固态蓝光、红光激光器研究

作　者: 周睿
导　师: 姚建铨
学　校: 天津大学
专　业: 物理电子学
关键词: 全固态高功率 Nd:YAG Nd:YVO4 红光蓝光内腔倍频多波长 1345 nm 1386 nm
分类号: TN248
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

全固态激光器(半导体泵浦的固体激光器)具有体积小、重量轻、效率高、光束质量好、稳定性好,维护费用低等优点,随着激光技术的发展,其在工业、军事、医疗和科研等领域的应用越来越广泛,已经逐步取代了传统的气体激光器、染料激光器以及闪光灯泵浦的固体激光器。高功率的全固态蓝光、红光激光器在激光全色显示、水下通信和水下探测、高密度光存储、医学及生物分析、激光医疗、高分辨率印刷、材料处理和分析、超高清晰度打印和扫描、以及光谱分析等领域有着非常广泛的应用前景,是近年来全固态激光技术研究中的热点。紧凑、高效的多波长同时输出激光光源在光通讯、光动力医疗、光计算、军事对抗、环境监测、激光遥测、激光雷达、光谱分析等领域也有着非常广泛的应用前景。目前,关于全固态多波长激光器的研究工作也很多。本文的主要创新点可以归纳如下:1、对光纤输出半导体激光器端面泵浦的固体激光器中热效应的产生和对激光系统的影响,热效应的测量,以及热效应的缓解和补偿进行详细的分析和计算。并对泵浦光源的光束质量与热效应之间的关系进行了分析,给出了当泵浦光源光束质量较差时,激光棒内的温度梯度分布以及热透镜焦距的计算公式;2、建立了包含能量传递上转换过程(ETU)以及泵浦光源光束质量等因素在内的端面泵浦准三能级Nd:YAG激光器系统理论模型,并采用数值计算方法,对能量传递上转换过程和泵浦光源的光束质量对准三能级激光系统中增益分布、泵浦光束与激光腔模优化设计、阈值特性以及激光输出特性的影响进行了详细的分析和计算,为实现高功率的946nm激光输出奠定了理论基础;3、采用光纤输出半导体激光器端面泵浦传统的非离子扩散键合Nd:YAG晶体,利用简单的平-凹谐振腔,在注入的泵浦功率为27.7W时,获得了功率为8.3W的946nm连续激光输出,斜效率为33.5%。据我们所知,这是目前采用传统的非离子扩散键合的Nd:YAG棒作为激光工作物质的端面泵浦946nm激光器的最高输出功率;4、采用光纤输出半导体激光器端面泵浦离子扩散键合Nd:YAG晶体,利用简单的平-凹谐振腔,在注入的泵浦功率为40.2W时,获得了功率高达15.2W的946nm连续激光输出,斜效率为45%。据我们所知,这是目前连续运转的半导体泵浦946nm Nd:YAG激光器的最高输出功率;5、通过使用I类临界相位匹配的LBO作为内腔倍频晶体和简单的紧凑线性平-凹直腔,在注入的泵浦功率为15.2W时,获得了1.25W的473nm连续蓝光输出,光-光转换效率为8.22%,达到了国内领先水平;6、通过使用光纤输出半导体激光器端面泵浦Nd:YVO4晶体,利用简单的

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摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章综述  10-28
  1.1 全固态激光器的发展历程  10-13
  1.2 高功率全固态激光器的发展状况  13-15
  1.3 全固态蓝光激光器的发展状况  15-21
  1.4 全固态红光激光器的发展状况  21-25
  1.5 本文的研究内容  25-28
第二章 Nd：YAG 晶体和Nd：YVO_4晶体特性  28-37
  2.1 Nd：YAG 晶体特性  28-32
  2.2 Nd：YVO_4 晶体特性  32-36
  2.3 本章小结  36-37
第三章端面泵浦固体激光器中的热效应  37-63
  3.1 端面泵浦固体激光器中的热效应  37-38
  3.2 轴对称激光棒内的温度分布  38-44
  3.3 轴对称激光内的热透镜效应  44-47
  3.4 热致衍射损耗  47-52
  3.5 热破裂  52-55
  3.6 热透镜效应的测量  55-58
  3.7 热效应的缓解和补偿  58-62
  3.8 本章小结  62-63
第四章端面泵浦的Nd：YAG 晶体准三能级系统连续运转特性分析  63-85
  4.1 端面泵浦的准三能级系统模型  64-68
  4.2 反转粒子数密度分布  68-73
  4.3 归一化输出特性  73-84
  4.4 本章小结  84-85
第五章高功率连续运转946-nm Nd：YAG 激光器实验研究  85-102
  5.1 基于传统Nd：YAG 晶体的高功率946nm 激光器  85-95
  5.2 基于离子扩散键合Nd：YAG 晶体的高功率946nm 激光器  95-101
  5.3 本章小结  101-102
第六章高功率连续运转全固态蓝光激光器实验研究  102-113
  6.1 激光增益介质的选择  102-103
  6.2 倍频晶体的选择  103-104
  6.3 谐振腔参数  104-105
  6.4 实验结果  105-112
  6.5 本章小结结论  112-113
第七章高功率连续运转全固态Nd：YVO_4 1342/671nm 激光器  113-125
  7.1 Nd：YVO_4 晶体在1.3μm 附近的光谱特性  113-114
  7.2 端面泵浦连续运转高功率Nd：YVO_4 1342nm 激光器  114-119
  7.3 高功率连续运转内腔倍频671nm 红光激光器  119-124
  7.4 本章小结  124-125
第八章端面泵浦Nd：YAG 激光器在 ~4F_(3/2)-~4I_(13/2)跃迁的多波长激光输出特性  125-143
  8.1 Nd：YAG 晶体在~4F_(3/2)-~4I_(13/2)能级跃迁的光谱特性  126-128
  8.2 固体激光器中的多波长同时振荡条件  128-129
  8.3 实验装置  129-130
  8.4 实验结果  130-142
  8.5 本章小结  142-143
第九章 Nd：YVO_4晶体的新激光谱线研究  143-156
  9.1 Nd：YVO_4 晶体在~4F_(3/2)-~4I_(13/2)能级跃迁的光谱特性  143-145
  9.2 受激发射截面的测量  145-146
  9.3 谐振腔内固有损耗的测量  146-147
  9.4 实验装置  147-148
  9.5 实验结果  148-155
  9.6 本章小结  155-156
参考文献  156-183
致谢  183

高功率连续运转全固态蓝光、红光激光器研究

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