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914 nm共振泵浦高效率主动调Q Nd:YVO_4自拉曼激光器（英文）

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红外与激光工程 2017年第10期46卷 39-45页

作者：丁欣赵岑姜鹏波盛泉李斌刘简孙冰姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所天津300072 光电信息技术教育部重点实验室天津300072

报道了一种基于914 nm共振泵浦技术的高效主动调Q Nd:YVO_4自拉曼激光器。将处于基态低斯塔克能级粒子直接泵浦到激光上能级,可以减小斯托克斯因子损耗、降低量子亏损,从而实现了高效的1 176 nm拉曼光输出。在共振泵浦条件下,对泵浦吸... 详细信息

报道了一种基于914 nm共振泵浦技术的高效主动调Q Nd:YVO_4自拉曼激光器。将处于基态低斯塔克能级粒子直接泵浦到激光上能级,可以减小斯托克斯因子损耗、降低量子亏损,从而实现了高效的1 176 nm拉曼光输出。在共振泵浦条件下,对泵浦吸收对转换效率的影响进行了详细的实验研究。使用两块掺杂浓度不同的Nd:YVO_4晶体,分别获得了1.51 W(1.0-at.%,20℃)和2.11 W(2.0-at.%,20℃)的平均输出功率,对应的光光转换效率分别为28.5%(1.0-at.%)和35.2%(2.0-at.%),相对于吸收泵浦光的转换效率分别为42.7%(1.0-at.%)和39.0%(2.0-at.%)。

关键词：自拉曼共振泵浦 Nd:YVO4激光器

1.7μm LD共振泵浦Tm∶YAG单晶光纤激光器

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中国激光 2024年第6期51卷 14-19页

作者：董继飞王剑磊郑昌盛刘坚杜天一陈彬周晶晶张宁王占新赵永光徐晓东王春徐军江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室江苏徐州221116 山东大学光学高等研究中心山东青岛266237 同济大学高等研究院物理科学与工程学院上海200092 江苏省先进激光材料与器件国际合作联合实验室江苏徐州221116

单晶光纤(SCF)具有长径比高、比表面积大、散热好等优势,近年来成为高功率激光振荡器及放大器的选择材料之一。采用光线追迹法,模拟分析了泵浦光在Tm∶YAG SCF中的传播模式及强度分布情况。采用1.7μm激光二极管(LD)作为泵浦源进行共振... 详细信息

单晶光纤(SCF)具有长径比高、比表面积大、散热好等优势,近年来成为高功率激光振荡器及放大器的选择材料之一。采用光线追迹法,模拟分析了泵浦光在Tm∶YAG SCF中的传播模式及强度分布情况。采用1.7μm激光二极管(LD)作为泵浦源进行共振泵浦,将模式匹配和泵浦光导波传输结构相结合,实现了Tm∶YAG SCF连续激光运转,在~2.02μm处获得了7.85 W的功率输出,对应入射泵浦功率的斜效率为46.3%。

关键词：激光器固体激光器共振泵浦 Tm∶YAG单晶光纤泵浦导波

共振泵浦内腔调Q窄线宽2.1μm激光器研究

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共振泵浦内腔调Q窄线宽2.1μm激光器研究

作者：李月长春理工大学

学位级别：硕士

2.1μm激光位于大气窗口波段,同时也是中红外(3μm)激光器良好的抽运源,它在激光雷达、激光医疗、光电对抗和生物学等领域有着广泛的应用。内腔式2.1μm激光器具有结构紧凑且可以利用较高的腔内功率的技术优势,更符合技术领域的应用需求... 详细信息

2.1μm激光位于大气窗口波段,同时也是中红外(3μm)激光器良好的抽运源,它在激光雷达、激光医疗、光电对抗和生物学等领域有着广泛的应用。内腔式2.1μm激光器具有结构紧凑且可以利用较高的腔内功率的技术优势,更符合技术领域的应用需求,因此开展内腔式2.1μm激光器的研究更具有重要意义。但是目前内腔式结构存在两方面问题,一是由于传统808nm泵浦方式下晶体热效应严重,造成2.1μm的输出功率较低;二是由于强泵浦下腔内高增益以及波长简并点等因素的影响,导致2.1μm激光的线宽较宽。本论文针对以上两个问题,采用880nm共振泵浦结合内腔反射式体布拉格光栅压窄2.1μm激光线宽的方案开展了相关理论和实验研究。理论方面,首先对基于PPMgLN-OPO的理论进行了分析,基于三波耦合方程及准相位匹配原理,分析了PPMgLN晶体的波长特性、PPMgLN-OPO的阈值以及超阈值倍数,随后分析了引起2.1μm激光线宽展宽的原因,并模拟了VBG的光谱与角谱选择性原理,优化了VBG的参数,最后从Nd:YVO晶体能级特性入手,对比分析了传统808nm泵浦与880nm共振泵浦方式下热效应及热焦距的变化,在此基础上优化设计了OPO谐振腔的结构及参数。实验方面,利用自行搭建的LD共振泵浦声光调Q Nd:YVO激光器作为内腔PPMgLN-OPO的抽运源。首先通过调节PPMgLN晶体的温度,分析2.1μm激光输出光谱特性,确定在48℃时获得2.1μm简并激光输出;在这一温度控制精度下,对比了不同透过率不同重频下2.1μm激光的输出特性,在输出镜透过率为50%、重频为80KHz、晶体吸收功率为40.33W时,获得输出功率为5.87W的2.1μm激光输出,线宽为73.65nm;最后引入VBG,得到4.68W的2.1μm窄线宽激光输出,线宽为1.89nm。

关键词：共振泵浦光参量振荡器内腔调Q 窄线宽2.1μm激光

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共振泵浦2.1μm掺钬固体激光器研究

共振泵浦2.1μm掺钬固体激光器研究

作者：汪飞中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）

学位级别：硕士

Tm3+与Ho3+是2μm激光的重要激活离子，其辐射波长在1.8μm.1μm附近，处于人眼安全波段和水分子吸收峰附近且在大气中透过率高，故在医学、遥感探测、激光雷达和利用非线性晶体实现波长转换产生中红外激光等方面具有重要的应用前景。... 详细信息

Tm3+与Ho3+是2μm激光的重要激活离子，其辐射波长在1.8μm.1μm附近，处于人眼安全波段和水分子吸收峰附近且在大气中透过率高，故在医学、遥感探测、激光雷达和利用非线性晶体实现波长转换产生中红外激光等方面具有重要的应用前景。本论文主要基于光纤体块混合技术，可调谐掺Tm光纤激光器作为泵浦源，共振泵浦Ho:YAG固体激光器。理论上，主要有三部分工作：首先，基于Ho3+的准三能级理论，分析了1907nm泵浦或1933nm“翼泵浦”结构下的Ho激光阈值功率和输出特性;其次，根据Ho:YAG晶体的温度特性和热透镜效应，分析了晶体热透镜焦距与泵浦功率的关系;最后，基于激光谐振腔的稳定性条件，分析了单棒和双棒串联Ho:YAG激光谐振腔的稳定区域。实验上，主要研究了可调谐掺Tm激光器和Ho:YAG固体激光器的输出特性。分别搭建了单级振荡可调谐掺Tm光纤激光器和基于主振荡功率放大(MOPA)结构的可调谐掺Tm光纤放大器实验装置。基于光纤体块混合技术，以可调谐掺Tm光纤激光器作为泵浦源，搭建了“翼泵浦”条件下的Ho:YAG固体激光器。对于单级振荡掺Tm激光器，在>140nm (1926070nm)的调谐范围内，输出功率均超过52W。对于MOPA系统，获得了调谐范围>140nm (1936081nm)的激光输出，且在>100nm (1962066nm)的调谐范围内，最大种子功率为3.1W时，输出功率均超过54W。对于Ho:YAG固体激光器，研究了单棒和双棒串联Ho:YAG激光输出特性。在单棒Ho:YAG激光器中，采用5%和10%透过率的输出耦合镜，分别获得了19.5W的2124nm和20.2W的2092nm的连续激光输出。为提高增益介质对泵浦光的吸收，采用两个Ho:YAG晶体腔内串联结构，获得输出功率为24.2W、中心波长为2124nm的连续激光输出。

关键词：可调谐掺Tm光纤共振泵浦 2.1μm Ho:YAG

共振泵浦1.5μm人眼安全波段自拉曼激光器研究

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共振泵浦1.5μm人眼安全波段自拉曼激光器研究

作者：范琛天津大学

学位级别：硕士

固体激光器中的不良热效应严重限制了激光器的各项性能指标。共振泵浦技术可大幅减小泵浦光与激光之间的量子亏损,从而从根本上减少进入工作介质的无用热,有效缓解激光器中严重的热效应。波长1.5μm附近的人眼安全波段激光光源在光谱研... 详细信息

固体激光器中的不良热效应严重限制了激光器的各项性能指标。共振泵浦技术可大幅减小泵浦光与激光之间的量子亏损,从而从根本上减少进入工作介质的无用热,有效缓解激光器中严重的热效应。波长1.5μm附近的人眼安全波段激光光源在光谱研究、激光测距、遥感、大气探测、激光雷达和自由空间通讯等应用领域均有广泛的应用背景,是激光技术领域长期以来的研究热点,受激喇曼散射是拓展激光波长的重要手段,也是全固态激光器及非线性光学频率变换技术的一个重要研究方向。本文将共振泵浦技术应用于1.5μm Nd:YVO自拉曼激光器中,有效的缓解自拉曼激光器中的热效应,从而克服了自拉曼激光器中严重的热透镜效应限制最高泵浦功率以及影响拉曼增益的问题,最终实现提高激光器的输出功率及光光转换效率的目的。1.波长锁定878.6nm LD直接泵浦Nd:YVO激光器,该方式有效降低了激光器中的热负载。在878.6nm泵浦功率为37W时,获得了最高功率为12.45W的1342nm激光输出,对应的光光转换效率为33.6%,斜率效率为34.8%。2.波长锁定878.6nm LD直接泵浦Nd:YVO自拉曼激光器。在30.6W最大泵浦功率下,重复频率为140k Hz时,获得了高达5.2W的1525nm斯托克斯光输出,对应的光光效率以及相对吸收转换效率分别为17%和19.8%。3.914nm热助推泵浦Nd:YVO自拉曼激光器,详细研究了不同掺杂浓度晶体,不同温度,不同重复频率下1.5μm Nd:YVO自拉曼激光器的运转情况,在使用掺杂浓度为1.0-at%的Nd:YVO晶体,温度为10℃时,获得了0.77W的1525nm斯托克斯光输出以及23%的相对吸收泵浦转换效率。

关键词：自拉曼激光器共振泵浦人眼安全波段

共振泵浦连续波内腔PPLN光学参量振荡器研究

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共振泵浦连续波内腔PPLN光学参量振荡器研究

作者：李雪天津大学

学位级别：硕士

近红外1.4.6μm波段及中红外3μm波段激光光源广泛应用于医疗、军事、光谱学等诸多领域。非线性光学频率变换技术——光学参量振荡器(optical parametric oscillator, OPO)是获取该波段的有效手段。内腔单谐振光学参量振荡器(intra-cavi... 详细信息

近红外1.4.6μm波段及中红外3μm波段激光光源广泛应用于医疗、军事、光谱学等诸多领域。非线性光学频率变换技术——光学参量振荡器(optical parametric oscillator, OPO)是获取该波段的有效手段。内腔单谐振光学参量振荡器(intra-cavity singly resonant oscillator, ICSRO)具有高效率、连续波运转等优点,共振泵浦(In-band pumping)技术可以克服ICSRO运转不稳定的问题。本论文以880nm半导体激光器(laser diode, LD)端面共振泵浦1064nm Nd:YVO4激光器为泵浦源,以周期极化铌酸锂晶体(periodically poled lithium niobate, PPLN)为非线性介质,研究连续波(continuous-wave, CW)内腔单谐振光学参量振荡器。根据热稳腔理论,合理设计谐振腔;采用共振泵浦技术,实现ICSRO低阈值、高效率连续波运转;获得1.4.6μm信号光和3μm闲频光可调谐输出,最大功率分别为3.20W和1.39W。本文主要内容及创新点归纳如下: 1.建立多模泵浦连续波ICSRO动力学模型。运用动力学理论分析ICSRO理论模型,确定优化信号光和闲频光输出功率的方法,为获得低阈值和高效率的连续波稳定运转的ICSRO奠定了良好的理论基础。 2.设计1064nm激光谐振腔及OPO谐振腔。根据光学谐振腔的图解分析与设计方法和热稳腔理论,设计1064nm激光谐振腔及OPO谐振腔;加入光学镇定器——透镜,稳定腔内泵浦光束的模式特性;激光产生过程中880nm泵浦光和1064nm激光之间、OPO过程中泵浦光和信号光之间分别满足光斑尺寸匹配,实现热稳腔型的构建。 3.研究880nm和885nm共振泵浦特性。测试三块不同掺杂浓度的Nd:YVO4晶体在880nm共振泵浦方式下和808nm传统泵浦方式下吸收特性曲线及斜率效率曲线。比较各个晶体的优缺点,得出最佳晶体选择方案。测试了Nd:YAG晶体在885nm共振泵浦下的输出特性,并与传统泵浦进行比较。 4.研究基于共振泵浦技术PPLN-OPO的温度调谐和极化周期调谐特性。改变PPLN晶体温度和极化周期实现波长调谐,输出1.4.5μm信号光及3.66.22μm闲频光,与理论计算曲线吻合很好。极化周期为29μm时,吸收泵浦功率为21.9W,SRO信号光输出阈值为1.9W,在1.5μm处获得最大输出功率3.2W,光-光转换效率14.6%;输出闲频光时阈值为1.3W,在3.66μm处获得最大输出功率1.39W,光-光转换效率为6.3%,闲频光一小时内功率波动约为1.1%(均方根值)。

关键词：内腔单谐振光学参量振荡器共振泵浦连续波近红外中红外

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共振泵浦掺铥固体激光器的研究

共振泵浦掺铥固体激光器的研究

作者：沙剑剑复旦大学

学位级别：硕士

2μm眼安全波段掺铥激光器在医学、激光雷达以及作为泵浦源产生3-5微米中红外激光输出等方面有着重要应用。通常,掺铥激光器利用800nm波长的AlGaAs半导体激光器作为泵浦源,这种泵浦方式往往要求较高的铥离子浓度以获得高的泵浦效率。然... 详细信息

2μm眼安全波段掺铥激光器在医学、激光雷达以及作为泵浦源产生3-5微米中红外激光输出等方面有着重要应用。通常,掺铥激光器利用800nm波长的AlGaAs半导体激光器作为泵浦源,这种泵浦方式往往要求较高的铥离子浓度以获得高的泵浦效率。然而,高的离子掺杂浓度导致高的量子缺陷热分布密度,这不仅会降低激光的光束质量,而且也限制了功率的进一步提升。本文采用共振泵浦方式,对掺铥固体激光技术和激光输出特性进行了理论分析和实验研究。实验中使用的泵浦源是自己搭建的Er/Yb共掺光纤激光器共振泵浦Er:YAG陶瓷激光器,输出波长为1617nm。用体布拉格光栅将Er/Yb光纤激光器的输出波长锁定在1532nm,通过理论分析温度效应和弯曲损耗对Er/Yb光纤激光器性能的影响,优化了光纤激光器的输出特性。利用准三能级激光模型,对Er:YAG激光的特性进行了分析,优化选择输出镜的透过率即可实现1617nm波长的激光输出。在2μm掺铥固体激光器方面,本文通过对速率方程做合理的近似,得到了输出功率和阈值的解析解。实验上,利用波长为1617nmm的Er:YAG陶瓷激光器共振泵浦掺杂浓度为6at.%的Tm:YAG晶体,在10.6W泵浦光功率下获得了最大功率5.6W、斜效率为60.2%的2μm激光输出。进一步优化Tm:YAG晶体的相关参数与激光器设计可以获得更高的激光效率。另外,我们还比较了晶体材料和新型陶瓷材料在相同掺杂浓度下的激光输出特性,发现陶瓷材料的激光性能接近于晶体材料。

关键词：掺铥固体激光器共振泵浦光纤-体块混合激光器铒、镱共掺光纤激光器高功率温度效应弯曲损耗陶瓷激光

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共振泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的研究

共振泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的研究

作者：史春鹏天津大学

学位级别：硕士

近红外1.06微米波段激光是最早被研究的激光波长之一，该波长在激光测距、医学科学研究、光谱研究、生命科学研究、激光加工、天文学研究以及国防军事工业等诸多方面都具有重要的应用价值。共振泵浦（包括直接泵浦和热助推泵浦）掺钕双... 详细信息

近红外1.06微米波段激光是最早被研究的激光波长之一，该波长在激光测距、医学科学研究、光谱研究、生命科学研究、激光加工、天文学研究以及国防军事工业等诸多方面都具有重要的应用价值。共振泵浦（包括直接泵浦和热助推泵浦）掺钕双包层光纤激光器具有输出功率高、光束质量好、散热性良好以及结构紧凑等优势，是优良的1.06微米激光光源。本论文分析并实验研究了880nm直接泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器和888nm热助推泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器在1.06微米处的输出特性，并与808nm传统泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的输出特性进行比较，显示了共振泵浦技术的优越性。论文主要内容及创新点归纳如下： 1.分析双包层光纤的结构，理论说明了内包层形状对泵浦光吸收效率的影响以及双包层光纤激光器的工作原理;阐述了双包层光纤激光器的各种泵浦耦合技术并比较彼此的优势;介绍了双包层光纤激光器的实用腔型。 2.分析掺钕光纤能级结构，由四能级速率方程推导出传统泵浦掺钕双包层光纤激光器和共振泵浦掺钕双包层光纤激光器中腔参数对输出特性的影响，确定了实验用光纤长度并计算了掺钕双包层光纤激光器中的热量情况。 3.实验研究了880nm直接泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的输出特性，在最大耦合功率为13.85W的情况下，光纤吸收功率为7.85W，对应4.61W的1.06μm激光输出，相对吸收泵浦功率的阈值和整体斜率效率分别为73mW和60.19%，优于传统泵浦方式的80mW阈值功率和52.96%斜率效率。 4.实验研究了888nm热助推泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的输出特性，在最大耦合功率为11.28W的情况下，光纤吸收功率为5.1W，对应3W的1.06μm激光输出，相对吸收泵浦功率的阈值和整体斜率效率分别为70mW和60.93%，优于传统泵浦方式和直接泵浦方式。 5.实验对该光纤激光器系统的偏振特性进行了测量，三种泵浦方式下的偏振度分别为0.818,0.796和0.812，验证了该系统具有较好的保偏特性。

关键词：共振泵浦直接泵浦热助推泵浦掺钕双包层光纤近红外偏振保持

1645nm陶瓷激光共振泵浦Tm:CaYAlO_4激光器

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激光与红外 2016年第1期46卷 44-47页

作者：侯晓君肖薇李永锟唐海艳沈德元江苏师范大学物理与电子工程学院江苏徐州221116

用Er∶YAG陶瓷激光作为泵浦源研究了Tm∶CYA晶体激光输出特性。对Tm∶CYA采用共振泵浦的方式,分别研究了4.0 at.%和6.0 at.%两种掺Tm^(3+)离子浓度的Tm∶CYA样品在5%和10%透过率输出耦合镜下的激光输出特性,并对激光光谱进行了比较分析... 详细信息

用Er∶YAG陶瓷激光作为泵浦源研究了Tm∶CYA晶体激光输出特性。对Tm∶CYA采用共振泵浦的方式,分别研究了4.0 at.%和6.0 at.%两种掺Tm^(3+)离子浓度的Tm∶CYA样品在5%和10%透过率输出耦合镜下的激光输出特性,并对激光光谱进行了比较分析。采用沿c轴切割的4.0 at.%掺Tm^(3+)离子浓度的Tm∶CYA作为激光增益介质,在输出镜透过率为5%的情况下,当泵浦功率为2.46 W时,获得了最高功率为1.20 W的近衍射极限的TEM_(00)的激光输出,光束质量因子M^2约为1.1,对应的斜率效率达56.3%。

关键词： Tm∶CaYAlO4 陶瓷激光共振泵浦