高功率連續(xù)運轉(zhuǎn)全固態(tài)藍光、紅光激光器研究.pdf

1、全固態(tài)激光器(半導體泵浦的固體激光器)具有體積小、重量輕、效率高、光束質(zhì)量好、穩(wěn)定性好,維護費用低等優(yōu)點,隨著激光技術(shù)的發(fā)展,其在工業(yè)、軍事、醫(yī)療和科研等領(lǐng)域的應用越來越廣泛,已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的氣體激光器、染料激光器以及閃光燈泵浦的固體激光器.高功率的全固態(tài)藍光、紅光激光器在激光全色顯示、水下通信和水下探測、高密度光存儲、醫(yī)學及生物分析、激光醫(yī)療、高分辨率印刷、材料處理和分析、超高清晰度打印和掃描、以及光譜分析等領(lǐng)域有著非常廣泛的應用

2、前景,是近年來全固態(tài)激光技術(shù)研究中的熱點.緊湊、高效的多波長同時輸出激光光源在光通訊、光動力醫(yī)療、光計算、軍事對抗、環(huán)境監(jiān)測、激光遙測、激光雷達、光譜分析等領(lǐng)域也有著非常廣泛的應用前景.目前,關(guān)于全固態(tài)多波長激光器的研究工作也很多. 本文的主要創(chuàng)新點可以歸納如下: 1、對光纖輸出半導體激光器端面泵浦的固體激光器中熱效應的產(chǎn)生和對激光系統(tǒng)的影響,熱效應的測量,以及熱效應的緩解和補償進行詳細的分析和計算. 并對泵浦光

3、源的光束質(zhì)量與熱效應之間的關(guān)系進行了分析,給出了當泵浦光源光束質(zhì)量較差時,激光棒內(nèi)的溫度梯度分布以及熱透鏡焦距的計算公式； 2、建立了包含能量傳遞上轉(zhuǎn)換過程(ETU)以及泵浦光源光束質(zhì)量等因素在內(nèi)的端面泵浦準三能級Nd:YAG激光器系統(tǒng)理論模型,并采用數(shù)值計算方法,對能量傳遞上轉(zhuǎn)換過程和泵浦光源的光束質(zhì)量對準三能級激光系統(tǒng)中增益分布、泵浦光束與激光腔模優(yōu)化設(shè)計、閾值特性以及激光輸出特性的影響進行了詳細的分析和計算,為實現(xiàn)高功率的

4、946nm激光輸出奠定了理論基礎(chǔ): 3、采用光纖輸出半導體激光器端面泵浦傳統(tǒng)的非離子擴散鍵合Nd:YAG晶體,利用簡單的平.凹諧振腔,在注入的泵浦功率為27.7W時,獲得了功率為8.3W的946nm連續(xù)激光輸出,斜效率為33.5﹪.據(jù)我們所知,這是目前采用傳統(tǒng)的非離子擴散鍵合的Nd:YAG棒作為激光工作物質(zhì)的端面泵浦946nm激光器的最高輸出功率； 4、采用光纖輸出半導體激光器端面泵浦離子擴散鍵合Nd:YAG晶體,利用簡

5、單的平.凹諧振腔,在注入的泵浦功率為40.2W時,獲得了功率高達15.2W的946nm連續(xù)激光輸出,斜效率為45﹪.據(jù)我們所知,這是目前連續(xù)運轉(zhuǎn)的半導體泵浦946nm Nd:YAG激光器的最高輸出功率； 5、通過使用Ⅰ類臨界相位匹配的LBO作為內(nèi)腔倍頻晶體和簡單的緊湊線性平一凹直腔,在注入的泵浦功率為15.2W時,獲得了1.25W的473nm連續(xù)藍光輸出,光一光轉(zhuǎn)換效率為8.22﹪,達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平； 6、通過使用光纖

6、輸出半導體激光器端面泵浦Nd:YVO<,4>晶體,利用簡單的平-平諧振腔,在注入的泵浦功率為20.6W時,獲得了功率為7W的1342nm連續(xù)激光輸出,斜效率為37.3﹪,達到國際領(lǐng)先水平； 7、通過使用I類臨界相位匹配的LBO作為內(nèi)腔倍頻晶體和簡單的緊湊線性平-凹腔,在注入的泵浦功率為16.9W時,獲得了2.85w的671nm連續(xù)紅光輸出,光.光轉(zhuǎn)換效率為16.9﹪,據(jù)我們所知,這是目前單端泵浦、單工作物質(zhì)的671nmNd:YV

7、O<,4>紅光激光器的最高輸出功率； 8、對半導體端面泵浦Nd:YAG激光器在<'4>F<,3/2>-<'4>I<,13/2>能級躍遷產(chǎn)生的多波長激光輸出特性進行了詳細的實驗研究.實驗中采用簡單的平-平諧振腔和平.凹諧振腔,通過更換不同透過率參數(shù)的輸出鏡,分別獲得了6.3W的1319和1338nm雙波長激光輸出,2.25W的1338和1356nm雙波長激光輸出,1.77W的1356和1444nm的雙波長激光輸出,3.89W的13

8、33、1356和1444nm的三波長激光輸出以及4.72W的1356、1414和1444nm三波長激光輸出,達到國際領(lǐng)先水平. 9、對Nd:YVO<,4>晶體的<'4>F<,3/2>-<'4>I<,13/2>能級躍遷過程中產(chǎn)生的兩條新的激光譜線進行了實驗研究.實驗中,我們用光纖輸出的半導體激光器端面泵浦Nd:YVO<,4>晶體,首次觀察到了Nd:YVO<,4>晶體的1345和1386nm譜線的激光輸出,并獲得了305mw的138