共振泵浦2μm摻鈥固體激光器.pdf

1、2μm相干光源在軍事、工業(yè)和醫(yī)療等方面日益顯現(xiàn)的巨大應(yīng)用價值，使其成為目前激光技術(shù)領(lǐng)域非常重要的研究方向之一。Ho離子摻雜激光增益介質(zhì)能夠直接獲得～2.1μm激光，且得益于共振泵浦技術(shù)，可以實現(xiàn)極高的光-光轉(zhuǎn)化效率;此外Ho離子摻雜的晶體類材料所具備的儲能優(yōu)勢，是獲得高能脈沖激光輸出的重要可靠保障。本文著重從實驗研究方面探索了幾種新型的Ho離子摻雜石榴石系激光增益介質(zhì)激光器的連續(xù)波和被動調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)特性，包括新型光學(xué)功能材料Ho∶YAG、H

2、o∶LuAG透明陶瓷、混晶Ho∶LuYAG和單晶Ho∶LuAG。
　　在本論文中，我們通過分析Ho摻雜塊體增益介質(zhì)的激光躍遷能級，確定了以Tm光纖激光器作為Ho激光器共振泵浦源的技術(shù)方案，并自建了Tm光纖激光器。該光纖激光器采用體布拉格光柵(VBG)作為波長選擇和窄化器件，在792nm波長LD泵浦功率為164W時，獲得了44W波長為1907nm的窄線寬激光輸出。
　　對于Ho∶YAG透明陶瓷激光器，我們首先研究了該增益介質(zhì)的

3、透射光譜、吸收和發(fā)射光譜隨摻雜濃度變化的情況。然后采用低損耗的平凹兩鏡腔結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化摻雜濃度和耦合輸出鏡的透射率，在泵浦光外圍35W時，獲得了21W高效率的激光輸出;同時也對比研究了Ho∶YAG透明陶瓷摻雜濃度對激光器運(yùn)行效率的影響，發(fā)現(xiàn)摻雜濃度高達(dá)4 at.％的樣品仍然可以發(fā)射激光，而未見到同摻雜濃度單晶激光器的相關(guān)報道。此外，論文中還使用石墨烯作為可飽和吸收體器件實現(xiàn)了Ho∶YAG透明陶瓷的被動調(diào)Q激光輸出，一方面驗證了Ho∶YA

4、G透明陶瓷在被動調(diào)Q輸出方面的可行性，另一方面證明石墨烯材料的寬帶可飽和吸收特性(2097nm)。
　　對于Ho∶LuAG透明陶瓷，在研究其光譜特性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了連續(xù)波激光輸出;由于增益介質(zhì)未鍍增透膜，過高的損耗導(dǎo)致激光器的運(yùn)行效率較低，但在這種高損耗腔中，通過變換耦合輸出鏡的透射率，觀察到了Ho∶LuAG透明陶瓷激光器的三種激光躍遷過程（對應(yīng)三個激光波長）隨耦合輸出鏡透射率變換而發(fā)生的競爭現(xiàn)象，并探討了其成因。
　　對于

5、混晶Ho∶LuYAG和單晶Ho∶LuAG，重點研究了這兩種材料的光譜特性、激光連續(xù)波運(yùn)轉(zhuǎn)和被動調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)的差異;由于混晶Ho∶LuYAG中，Ho離子既可以取代Lu離子又可以取代Y離子，因此在不同Ho離子位置處的晶體場會有所變化，進(jìn)而引起光譜的非均勻加寬。在本研究工作中，這兩種晶體都獲得了目前最高的連續(xù)波輸出功率;當(dāng)使用可飽和吸收鏡(SESAM)作為被動調(diào)Q器件時，兩種晶體都獲得了較為穩(wěn)定的脈沖激光序列。總體來說Ho∶LuYAG比Ho∶Lu

6、AG更適合激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　在Tm光纖激光器共振泵浦Ho固體激光器的研究中，我們獲得了多項重要的成果，主要形成了以下創(chuàng)新點:
　　1、以激光波長為1907nm的可調(diào)諧、窄線寬Tm光纖激光器作為共振泵浦源，在透明陶瓷Ho∶YAG和單晶Ho∶LuAG的激光器中，當(dāng)泵浦光功率為35W時，分別獲得了目前國際最高的21.4W和18W連續(xù)波輸出功率，相應(yīng)的激光波長為2097nm和2124.5nm，斜率效率分別達(dá)到了63.6％和53.4％。

7、
　　2、在上述相同的泵浦條件下，混晶Ho∶LuYAG獲得21W高功率、高效率連續(xù)波2124nm激光輸出，斜率效率為61.5％;這是該材料首次實現(xiàn)激光輸出。
　　3、首次實現(xiàn)了透明陶瓷Ho∶LuAG（未鍍增透膜）的連續(xù)波激光輸出，并觀察到了三種激光躍遷過程（對應(yīng)3個激光波長）的競爭。
　　4、首次實現(xiàn)了以石墨烯作為被動開關(guān)的Ho塊體激光器調(diào)Q激光輸出，在當(dāng)最大泵浦功率為3.27W時，獲得了0.26W的調(diào)Q脈沖激光輸出，