单掺Ho：YAP晶体光谱特性和激光实验研究

作     者：郑亮亮 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姚宝权

授予年度：2008年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：2μm固体激光器 光谱 Judd-Ofelt理论 Ho:YAP 常温 

摘      要：钬激光器的输出波长处于大气窗口、水的强吸收带和人眼安全区,可用于激光医疗、光电对抗、激光测距和激光雷达等领域,也可以作为光学参量振荡和光学参量放大的抽运源,从而实现更长波段的中红外输出。采用Tm激光器泵浦Ho激光器系统,可以在常温下实现2μm高功率激光输出。本论文从光谱特性和激光实验方面对Ho:YAP晶体进行了研究。 在理论和光谱特性方面,本文介绍了光致发光理论、晶体场理论、Judd-Ofelt理论和速率方程理论。测量了Ho:YAP晶体常温下的吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt理论计算了Ho:YAP晶体的J-O强度参数、谱线强度、自发辐射寿命、有效吸收截面和积分发射截面,并根据F-L公式,计算了Ho离子在YAP晶体中的有效发射截面,并根据Ho离子的有效吸收截面和有效发射截面,计算出Ho:YAP晶体的增益截面。Ho:YAP晶体的J-O数为:Ω=1.85×10,Ω=4.08×10,Ω=2.32×10cm,Ho离子5I7能级寿命为4.87ms。根据计算结果,分析了Ho:YAP晶体作为激光工作物质的发光特性。 在激光实验方面,分别进行了以二极管激光器泵浦的Tm:YAP激光器、掺Tm3+光纤激光器和Tm:YLF激光器作为泵浦源的Ho:YAP激光器的实验研究。对于Tm:YAP激光器泵浦Ho:YAP激光器,当注入的泵浦光功率为4.98W时,获得最大输出功率为1.08W的连续激光输出;对于掺Tm光纤激光器泵浦Ho:YAP激光器,当注入的泵浦光功率为4.32W时,获得最大输出功率为0.41W的连续激光输出;对于Tm:YLF激光器泵浦Ho:YAP激光器,在连续运转情况下,获得最大输出功率为5.49W的激光输出,在重复频率为10kHz的调Q运转情况下时,获得最大单脉冲能量0.53mJ,相应的脉宽为27ns。当输出镜透过率大于14%时,使用上述任何一种泵浦源时Ho:YAP激光器输出波长均为2118nm。