Yb-YAG強化Cr,Yb-YAG自調Q微片激光器性能研究.pdf

1、激光二極管泵浦的被動調Q固體激光器是一種可以獲得高效率、短脈沖、高重復頻率、高峰值功率脈沖激光輸出的全固態(tài)激光器，在激光顯示、激光醫(yī)療、機械加工、激光測距、激光通信、激光點火等領域具有廣泛的應用。
　　本文首先介紹了激光二極管泵浦的被動調Q固體激光器的應用背景，并從提高激光器效率和性能出發(fā)，介紹了包括摻Yb3+材料被動調Q固體激光器和雙摻Cr4+、Yb3+材料自調Q固體激光器的發(fā)展概況。然后闡述了實驗中選取Yb3+離子摻雜激光材料

2、作為增益介質與Cr4+離子摻雜激光材料作為可飽和吸收體的光學特性和優(yōu)勢;利用被動調Q速率方程建立新的Yb∶YAG強化Cr, Yb∶YAG自調Q激光器的理論模型，結合實驗結果系統(tǒng)地研究了激光材料光學特性參數(shù)、泵浦光參數(shù)對Yb∶YAG強化Cr, Yb∶YAG自調Q激光器的激光性能的影響。最后，基于鍵合Yb∶YAG可以增加對泵浦光的吸收效率、提高粒子反轉數(shù)以達到強化Cr，Yb∶YAG自調Q激光性能的構思來進行實驗設計，采用了固體微片激光器的形

3、式對Yb∶YAG強化Cr, Yb∶YAG自調Q激光器性能進行了實驗研究。詳細地研究了吸收泵浦功率、輸出耦合透射率、激光工作材料（激光晶體、激光陶瓷）對Yb∶YAG強化Cr, Yb∶YAG自調Q激光器的性能影響。
　　用1.5 mm厚的Yb∶YAG透明激光陶瓷作為強化工作物質，0.5 mm厚的Cr，Yb∶YAG晶體作為自調Q激光工作物質，采用940 nm光纖耦合的激光二極管作為泵浦源，研究了Yb∶YAG陶瓷強化Cr, Yb∶YAG自

4、調Q微片激光器的激光性能。當輸出耦合鏡透過率TOC=30％時，激光器在吸收泵浦功率為7.07 W時獲得了最高平均輸出功率為530 mW的自調Q激光輸出，相應光-光轉換效率是7.5％;此時自調Q激光脈沖的重復頻率為25 kHz，脈沖寬度為3.75 ns，激光單脈沖能量為20.4μJ，峰值功率為5.44kW。
　　用1.2 mm厚的Yb∶YAG晶體作為增益介質，0.5 mm厚的Cr，Yb∶YAG晶體作為自調Q激光工作物質，采用940

5、nm高亮度單管激光二極管作泵浦源，實現(xiàn)了Yb∶YAG晶體強化Cr, Yb∶YAG自調Q微片激光器的高效激光輸出。當輸出耦合鏡透過率TOC=50％時，激光器在吸收泵浦功率為2.5 W時獲得了0.8 W的平均輸出功率，光-光轉換效率高達32％，激光的單脈沖能量為12.4μJ，脈沖寬度為1.68 ns，對應的峰值功率約是7.4kW，重復頻率是65 kHz。利用被動調Q速率方程建立的理論模型，數(shù)值模擬的結果與本實驗獲得的激光脈沖特性基本符合，這

6、對于理論指導優(yōu)化實驗具有重要意義。
　　在不同輸出耦合鏡透射率條件下，Yb∶YAG晶體強化Cr，Yb∶YAG自調Q微片激光器的光學轉換效率都高于Yb∶YAG陶瓷強化自調Q微片激光器的激光轉換效率。Yb∶YAG晶體強化微片激光器的最佳輸出耦合透射率是TOC=50％，Yb∶YAG陶瓷強化微片激光器的是TOC=30％，前者獲得的峰值功率、重復頻率大于后者，脈沖寬度小于后者。而在相同TOC=30％時，采用Yb∶YAG晶體和陶瓷材料作為強化