激光二極管泵浦Yb-YAG-Cr-YAG復合晶體被動調Q激光器的性能研究.pdf

1、室溫下運行的大能量、高峰值功率的脈沖激光器被廣泛的應用于微創(chuàng)手術、激光微加工、高效地非線性光學轉換、激光點火、遠距離測量等領域。為了獲得室溫下高效運行的小型化大能量高峰值功率的脈沖激光器，本文采用Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體作為工作物質，從理論和實驗兩個方面對LD泵浦的Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器獲得高效高峰值功率進行了系統(tǒng)的研究。
　　首先本文對文中所用到材料其各方面的特性進行了分析，并對復合結構和準連

2、續(xù)泵浦方式在Yb∶YAG/Cr∶YAG被動調Q激光器中的優(yōu)勢做了簡單介紹。緊接著又對國內外Yb∶YAG/Cr∶YAG被動調Q激光器的研究現狀做了簡單的介紹與總結。
　　其次，在理論計算方面，利用速率方程、熱擴散方程和激光橫模尺寸對LD泵浦的Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器的激光性能進行了理論計算。第一，利用準連續(xù)LD泵浦Yb∶YAG微片激光器的速率方程獲得了Yb∶YAG微片激光器光光轉換效率與泵浦峰值、泵浦脈寬和溫

3、度的關系;同時結合LD端面泵浦Yb∶YAG微片激光器中Yb∶YAG晶體內的瞬態(tài)熱擴散方程，研究了泵浦重復頻率、泵浦脈寬、泵浦峰值功率與Yb∶YAG晶體中的溫度變化關系，最終為分析泵浦重復頻率、泵浦脈寬、泵浦峰值功率對準連續(xù)LD泵浦Yb∶YAG微片激光器的光光轉換效率的影響以及進一步分析泵浦重復頻率、泵浦脈寬、泵浦峰值功率對準連續(xù)LD泵浦Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器的激光性能給出了參考依據。第二，利用考慮空間分布的被動

4、調Q速率方程，研究了激光橫模尺寸、泵浦光斑大小、溫度、損耗等因素對Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器調Q脈沖特性的影響。利用LD端面泵浦Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器的熱擴散方程以及光傳輸矩陣，分析了Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體動調Q激光器的熱透鏡效應并對平平腔結構的激光橫模尺寸進行了計算。為LD端面泵浦Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器的優(yōu)化設計給予了理論指導。
　　在連續(xù)LD

5、泵浦的條件下，對LD泵浦Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器進行了實驗研究。采用平凹腔結構，Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體(Yb∶YAG晶體厚1.2 mm，摻雜濃度10at.％; Cr∶YAG厚0.5 mm，初始透過率90％)作為工作物質，首次在Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器中實現了光光轉換效率高達36.2％的激光輸出，吸收泵浦功率4.84W時輸出最大平均輸出功率為1.75 W。除此之外，在該組實驗中還

6、對比了Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器和Yb∶YAG/Cr∶YAG分立晶體被動調Q激光器的輸出特性，以及不同輸出耦合率和不同初始透過率時Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器的輸出特性。研究結果表明，Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體在被動調Q激光器獲得高效、高峰值功率方面具有明顯的優(yōu)勢。緊接著，為了獲得高效運行的小型化高峰值脈沖激光器，采用高亮度單管LD泵浦和復合微片結構首次獲得了光光轉換效率高達41％的Yb

7、∶YAG/Cr∶YAG復合晶體微片被動調Q激光器的激光輸出。同時研究了腔長、初始透過率對Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體微片被動調Q激光器激光性能的影響，獲得了脈寬為0.46ns，脈沖峰值功率高達91kW的脈沖輸出。
　　利用準連續(xù)LD作為泵浦源，對Yb∶YAG微片激光器、Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器進行了實驗研究。首次系統(tǒng)的研究了準連續(xù)泵浦條件（泵浦脈沖寬度、泵浦脈沖重復率和泵浦峰值）對Yb∶YAG微片激光

8、器和Yb∶YAG/Cr4+∶YAG復合晶體被動調Q激光器激光性能的影響。獲得了準連續(xù)LD泵浦Yb∶YAG/Cr∶YAG復合晶體被動調Q激光器實現高峰值功率、高效激光輸出的合適的泵浦參數。最終采用初始透過率為70％的Yb∶YAG/Cr4+∶YAG復合晶體作為工作介質，首次實現了光光轉換效率達22％，脈沖峰值功率1.08 MW的激光輸出。為基于Yb∶YAG/Cr4+∶YAG復合晶體的被動調Q激光器在激光火花塞和高效非線性光學轉換方面的應用奠