高功率Tm-YAP連續(xù)激光器的研究.pdf

1、2μm波段激光器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入科研、軍事、激光醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)、材料加工等領(lǐng)域，并且得到了廣泛的應(yīng)用。由于2μm激光在許多方面所具有的優(yōu)越性質(zhì)，2μm激光器已經(jīng)成為固體激光器中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。鑒于其重要的應(yīng)用價(jià)值，本文對(duì)Tm∶YAP激光器展開(kāi)了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，具體工作包括以下五個(gè)方面:
　　(1)對(duì)Tm∶YAP晶體特性的分析，包括Tm3+離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)特性分析，YAP晶體的物理特性分析，Tm: YAP晶體的光譜特性分

2、析，以及Tm∶YAP晶體的熱透鏡效應(yīng)四個(gè)方面。其中，主要研究了Tm∶YAP晶體的熱透鏡效應(yīng)，包括Tm∶YAP晶體的熱透鏡焦距的理論推導(dǎo)和結(jié)合具體參數(shù)的數(shù)值計(jì)算。
　　(2)研究了Tm∶YAP激光器的速率方程模型，包括:Tm∶YAP激光器低四位能級(jí)速率方程模型和連續(xù)Tm∶YAP激光器速率方程模型。研究激光器的發(fā)光機(jī)理是研究激光器的基礎(chǔ)，而速率方程則是研究激光器工作過(guò)程的主要依據(jù)，通過(guò)研究模型并求解速率方程，分析各個(gè)因素對(duì)激光器輸出的

3、影響，這也是優(yōu)化設(shè)計(jì)激光器的基礎(chǔ)。
　　(3)分析了直腔的理論模型，利用MATLAB軟件對(duì)諧振腔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，模擬出激光器的穩(wěn)區(qū)范圍和激光光斑半徑在腔內(nèi)的變化情況。結(jié)合實(shí)驗(yàn)，對(duì)比各種腔型的輸出功率情況，選擇有效補(bǔ)償Tm∶YAP晶體熱效應(yīng)的最佳腔型，實(shí)現(xiàn)連續(xù)Tm∶YAP激光器的穩(wěn)定、高功率輸出。當(dāng)輸出透鏡透過(guò)率為5％時(shí)，獲得4.92 W的1.98μm連續(xù)波激光輸出，相對(duì)應(yīng)的泵浦功率為17W，斜率效率為36.57％。使用ANDOR光譜

4、儀測(cè)得激光器輸出中心波長(zhǎng)為1985nm。采用NanoScan光束測(cè)量?jī)x，測(cè)得了在同一位置不同泵浦功率下的輸出光斑輪廓。
　　(4)研究了Z型腔Tm∶YAP激光器的理論模型，設(shè)計(jì)了四鏡折疊腔，根據(jù)四鏡折疊腔的穩(wěn)定性條件和像散補(bǔ)償條件，利用MATLAB軟件對(duì)諧振腔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)，對(duì)比不同腔型的功率輸出情況，選出最佳腔型。輸入泵浦功率為14W時(shí)，得到最大輸出功率為2.27 W，斜率效率為23.9％。
　　(5)對(duì)可調(diào)諧Tm