摻銩、鈥2μm波段固體激光研究.pdf

1、2μm波段激光與許多氣態(tài)污染物的特征吸收光譜相對應，并可以被水分子及其他生物組織強烈吸收，在醫(yī)療、大氣監(jiān)測、激光雷達、分子光譜和科學研究等領域具有重要應用。此外，2μm波段激光可以泵浦ZnGeP等非線性晶體的光學參量振蕩器和放大器，產生中、遠紅外激光。鑒于2μm波段激光的廣泛應用，2μm波段新型固體激光的研究一直是科學領域的熱點之一。利用半導體激光或光纖激光泵浦摻Tm3+、Ho3+等稀土離子的晶體產生激射，目前仍然是直接獲得2μm波段激

2、光的最有效的技術途徑。研究方向包括2μm波段新型激光晶體、透明陶瓷等增益介質的探索;2μm波段新型器件的研制;提升2μm波段激光功率、效率的激光技術;及各種脈沖激光、單頻激光以及可調諧激光的研究等。本論文結合新型的激光調制元件，對幾種摻Tm3+、摻Ho3+塊狀晶體和陶瓷材料在2μm波段的連續(xù)波激光、調Q激光以及鎖模激光特性進行了研究。
　　論文內容如下:
　　1.簡要介紹了主被動調Q的基本原理，分析了2μm波段二維聲光調制器

3、、鈮酸鋰(LN)電光調制器以及可飽和吸收體被動調Q的工作特點;給出了鎖模脈沖的產生機理以及半導體可飽和吸收鏡(SESAM)被動鎖模的動力學過程，理論上分析了穩(wěn)定鎖模的實現條件以及抑制調Q鎖模狀態(tài)的方法;分析了2μm波段可調諧激光的基本原理以及石英雙折射濾波片的工作機理。
　　2.采用Tm∶YAP晶體為激光增益介質，研究了新型的2μm波段激光調制器件。在分析黑磷二維納米材料的能帶特性和可飽和吸收特性的基礎上，制備了該材料的可飽和吸收

4、鏡，并應用于被動調Q Tm∶YAP激光器，獲得了脈沖寬度181ns，平均功率3.1W的脈沖激光輸出，對應的單脈沖能量為39.5μJ，脈沖重復頻率為81 kHz.據我們所知，這是已知黑磷二維納米材料被動調Q激光器的最大單脈沖能量，展現了該材料作為可飽和吸收體在獲取2μm高能量脈沖激光方面的應用潛力。采用鈮酸鋰電光調制器，實現了2μm波段Tm∶YAP主動調Q激光輸出，在25Hz低重復頻率下，脈沖寬度為78.4ns，對應的單脈沖能量為2.52

5、mJ.采用SESAM鎖模元件，實現了脈沖寬度1.7ps的鎖模激光輸出。設計了2μm波段調諧激光器，采用雙折射石英晶體作為調諧元件，實現了從1887.1nm到2080.8nm的寬調諧連續(xù)激光輸出。
　　3.采用新型Tm∶BaYF晶體為激光增益介質，研究了低聲子氟化物晶體的激光特性，分別實現了連續(xù)波、調Q和鎖模激光運轉?；赥m∶BaYF晶體的寬帶熒光光譜特性，實現了Tm∶BaYF連續(xù)波從1843.8nm到1997.1nm波長范圍的可

6、調諧激光輸出。采用二維聲光調制器，研究了Tm∶BaYF主動調Q激光特性，在最高泵浦功率3.8w，重復頻率500Hz時，獲得了305ns的最短脈沖，對應的單脈沖能量為1.3mJ.通過分析鎖模動力學過程，優(yōu)化設計激光諧振腔，采用SESAM鎖模元件，實現了Tm∶BaYF三波長同步鎖模激光運轉，獲得了27.5ps的鎖模脈沖。
　　4.研究了新型Tm∶LuGGG無序結構晶體的激光特性，分析了不同離子摻雜濃度對連續(xù)激光輸出特性的影響;研究其2

7、μ波段寬調諧特性，實現了1907.5nm到2055.9nm的可調諧激光輸出;基于石墨烯的可飽和吸收鏡，研究了該無序結構晶體被動調Q激光特性，脈沖寬度為1.29μs;采用SESAM鎖模元件，實現了穩(wěn)定連續(xù)波被動鎖模激光運轉。研究結果表明，無序結構Tm∶LuGGG既有石榴石結構晶體良好的熱機械性能，又具有非均勻加寬光譜，有利于獲得短脈沖激光輸出。
　　5.基于Ho∶YAG透明陶瓷，研究腔內泵浦摻Ho3+激光增益介質的方法和途徑。諧振腔

8、內同時放置Tm∶BaYF晶體和Ho∶YAG透明陶瓷，設計諧振腔結構和參數，實現了2μm波段高光束質量連續(xù)激光輸出，對輸出激光的光譜特性、輸出功率等進行了分析。研究結果表明，相比采用Tm3+離子敏化Ho3+離子獲得激光躍遷的方法，腔內泵浦摻Ho3+激光增益介質的方法可以發(fā)揮LD和帶內泵浦兩方面的優(yōu)勢，有利于室溫下獲得高效率的激光輸出。
　　6.對微下拉法生長的Ho∶YLF晶體光纖的光譜特性進行了表征，分析了晶體光纖作為激光增益介質的