摻Nd3+(Yb3+)的CaF2晶體激光特性研究.pdf

1、隨著高功率激光二極管(LD)的出現(xiàn),激光二極管泵浦的固體激光器取得了飛速的發(fā)展。LD泵浦的全固態(tài)脈沖激光器有諸多優(yōu)點(diǎn):能夠輸出高的峰值功率、窄的脈寬、高光束質(zhì)量的激光脈沖,體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)牢固、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定、高效率。而且由激光二極管激光器輸出的皮秒量級(jí)的脈沖在軍事、工業(yè)、醫(yī)療和科研等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。
　　由于激光增益介質(zhì)是固體激光器的重要組成部分——取得激光突破的重要途徑便是激光材料的創(chuàng)新與發(fā)展。CaF2作為一種傳統(tǒng)的晶

2、體材料,也是目前綜合性能比較優(yōu)良的光學(xué)材料,在工業(yè)應(yīng)用和科學(xué)研究方面一直有非常重要的地位。稀土離子摻雜的CaF2晶體也表現(xiàn)了更加優(yōu)異的激光性能。本文對(duì)Nd3+,Yb3+離子摻雜的CaF2晶體的全固態(tài)激光器進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。首先以Nd,Y:CaF2作為激光增益介質(zhì),分別研究了它的連續(xù)激光特性和以Cr4+:YAG作為可飽和吸收體的被動(dòng)調(diào)Q激光特性。其次基于Yb,Y:CaF2晶體,對(duì)它的連續(xù)激光特性和以石墨烯作為可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模激光特性

3、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。論文主要由以下幾方面組成:
　　1.簡(jiǎn)單介紹了CaF2晶體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),回顧了CaF2晶體的歷史和發(fā)展進(jìn)程。綜合描述了Nd,Y:CaF2晶體以及Yb,Y:CaF2晶體各自的特性和應(yīng)用,分別介紹了相應(yīng)的研究歷史與發(fā)展進(jìn)程。
　　2.基于用溫度梯度法(TGT)成功生長(zhǎng)幾種不同摻雜濃度的Nd,Y:CaF2和Yb,Y:CaF2晶體,設(shè)計(jì)了不同的諧振腔,實(shí)現(xiàn)五種摻雜濃度的Nd,Y:CaF2晶體的連續(xù)激光運(yùn)轉(zhuǎn)。比較幾種

4、Nd,Y:CaF2晶體的輸出光譜特性,得到摻雜濃度為1％Nd,10%Y:CaF2出光性能最佳,獲得輸出波長(zhǎng)為1057nm,最大輸出功率高達(dá)488mW的連續(xù)激光。首次實(shí)現(xiàn)了LD直接泵浦的不同摻雜濃度的Yb,Y:CaF2晶體的連續(xù)激光運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)摻雜濃度為5%Yb,5%Y:CaF2的晶體輸出激光性能最佳,以此晶體為增益介質(zhì),我們得到最大平均輸出功率為746mW的連續(xù)激光。
　　3.詳細(xì)地介紹了被動(dòng)調(diào)Q原理及技術(shù)。選擇光學(xué)性能優(yōu)良

5、,技術(shù)相對(duì)比較成熟的Cr4+:YAG作為可飽和吸收體,首次實(shí)現(xiàn)Nd,Y:CaF2激光晶體的在1微米波段附近的被動(dòng)調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)腔型設(shè)計(jì)理論,設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的V型折疊腔。當(dāng)吸收功率為1.63 W時(shí),可獲得的最大調(diào)Q輸出功率高達(dá)120mW,相應(yīng)的調(diào)Q脈沖的最窄脈寬和最高重復(fù)頻率分別為132ns和6.2kHz。
　　4.全面的闡述了被動(dòng)鎖模的原理與技術(shù)理論。用腔型設(shè)計(jì)軟件計(jì)算得到最佳的諧振腔腔型。首次使用石墨烯(graphene)作為可飽