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LD泵浦er,yb:yab被动调Q微片激光器的研究

LD泵浦Er,Yb:YAB被动调Q微片激光器的研究

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作者：邓鸣瑶福建师范大学

学位级别：硕士

激光二极管（Laser Diode,LD）泵浦的er,yb:YAl（BO）（yab）被动调Q微片激光器是实现1.5μm波段激光运转的有效方式之一。LD泵浦固体激光器具有转换率高、结构紧凑、集成度高等优点,在光通信、工业加工和生物医疗等领域均有很好的应用... 详细信息

激光二极管（Laser Diode,LD）泵浦的er,yb:YAl（BO）（yab）被动调Q微片激光器是实现1.5μm波段激光运转的有效方式之一。LD泵浦固体激光器具有转换率高、结构紧凑、集成度高等优点,在光通信、工业加工和生物医疗等领域均有很好的应用前景。被动调Q技术,则有利于高重频、高峰值功率的窄脉冲激光输出。本文首先介绍了课题的研究背景,分析了1.5μm波段激光的研究意义和生产应用方面的前景。并对目前实现1.5μm激光运转的几种主要方式进行了分析对比。然后依据晶体的基本结构和光学特性,阐述了实验选用er,yb:yab晶体作为激光器工作物质以及Co:Mg AlO晶体作为调Q晶体的优势和原因。最后使用中心波长为976 nm的激光二极管作为泵浦源,对er,yb:yab晶体被动调Q微片激光器,分别进行了连续LD泵浦和准连续LD泵浦的实验研究,实现了稳定性良好的1.5μm脉冲激光输出。本文的主要工作内容有:1.从被动调Q速率方程组理论出发,推导得出了重复频率、脉冲宽度、单脉冲能量等参量的计算表达方式。得出了被动调Q激光器输出脉冲性能由多个参数共同决定的结论。单独选取最佳的泵浦源、工作物质、调Q晶体或者光学谐振腔参数,难以得到脉冲性能最优化的激光输出。为后文实验方案的优化设计提供了理论指导。2.研究了连续LD泵浦的条件下,er,yb:yab被动调Q激光器的输出特性。在使用不同初始透过率可饱和吸收体的情况下,都存在最高输出镜透过率;而谐振腔的长度对输出激光的重复频率、峰值功率以及脉冲宽度等均有影响;可饱和吸收体Co:MgAlO晶体的初始透过率越小,单脉冲能量也就越大,脉宽越窄。连续LD泵浦er,yb:yab被动调Q实验,成功实现了重复频率200.1 k Hz、峰值功率为366.4W的脉冲激光输出,相应的脉冲宽度为8.7 ns,单脉冲能量为3.8μJ。3.研究了准连续LD泵浦条件下,er,yb:yab被动调Q激光器的输出特性。在泵浦功率为30 W、占空比为15%时,获得了平均输出功率为2.7 W,重复频率高达663.0 k Hz的脉冲激光输出,此时的脉宽和单脉冲能量为7.4 ns和3.2μJ。实验结果表明,本文设计的紧凑型激光器可以实现稳定的高重频1.5μm激光输出。

关键词：被动调Q 1.5μm激光 er,yb:yab 高重频

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1.5μm被动调Q微片激光器的研究

1.5μm被动调Q微片激光器的研究

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作者：成文文福建师范大学

学位级别：硕士

1.5μm激光位于人眼安全波段、处于探测器的探测灵敏区、对应良好的大气传输窗口和石英光纤的最低损耗窗口,因而成为当下的热点研究波段。激光二极管（LD）泵浦的er,yb:YAl（BO）（er,yb:yab）被动调Q微片激光器是目前获得高效率1.5μm... 详细信息

1.5μm激光位于人眼安全波段、处于探测器的探测灵敏区、对应良好的大气传输窗口和石英光纤的最低损耗窗口,因而成为当下的热点研究波段。激光二极管（LD）泵浦的er,yb:YAl（BO）（er,yb:yab）被动调Q微片激光器是目前获得高效率1.5μm波段激光的有效方式之一。相比于传统的1.5μm波段固体激光器,这种激光器不仅具有体积小、结构简单、成本低、转换效率高以及易于工业生产等优点,还能够产生脉宽窄、高重频、高峰值功率的脉冲激光,可以广泛应用于光通信、激光测距、生物医学、工业加工、车载激光雷达等领域。对于诸如车载激光雷达等应用领域,要求在连续激光泵浦下输出的激光具有稳定的高的平均输出功率、高重复频率、窄脉冲宽度、高峰值功率的激光脉冲,但是现有的1.5μm被动调Q er,yb:yab微片激光器输出的激光脉冲通常稳定性较差。因此,分析1.5μm被动调Q er,yb:yab微片激光器激光脉冲输出不稳定性的原因具有十分重要的意义。本文首先搭建了1.5μm被动调Q er,yb:yab微片激光器,详细观察了微片激光器的激光脉冲输出现象,分析了激光脉冲的复杂动力学,探究了激光脉冲输出不稳定的可能原因。此外,由于1.5μm er,yb:yab微片激光器的输出性能受到晶体热损伤阈值的限制而无法进一步提升,对此设计了双端泵浦er,yb:yab微片激光器。在连续激光泵浦下实现了高平均输出功率、高效率的1.5μm连续激光输出。本文的主要研究内容如下:1.基于er,yb:yab/Co:Mg AlO被动调Q速率方程,推导了调Q激光器输出激光脉冲的各项性能参数的表达式,为本文接下来的工作提供了理论指导。2.研究了连续LD泵浦下,er,yb:yab被动调Q微片激光器的输出性能。在连续泵浦功率为9.4 W时,实现了最高平均输出功率为239 mW、重复频率为81.25kHz、脉冲宽度为10.8 ns、单脉冲能量为2.99μJ的1.5μm脉冲激光输出。基于输出的激光脉冲不稳定这一问题,观察并分析了激光脉冲的复杂动力学现象。在泵浦功率从3 W上升到9.4 W的过程中,发现了五个复杂动力学区域和五个简单动力学区域,复杂动力学区域和简单动力学区域交替出现,并且在每个复杂动力学区域内都出现了由最开始清晰的反相位动力学逐渐变为无规律的复杂动力学现象。经分析发现激光器输出激光脉冲不稳定的原因可能是由于晶体内部产生了反相位动力学现象。3.用数值模拟软件模拟了激光晶体er,yb:yab内部的热分布,研究了热梯度对于激光输出性能的影响。基于激光晶体内部热分布不均匀对于激光输出性能的影响设计了双端泵浦结构,研究了在连续激光泵浦下,不同输出耦合透过率、不同激光晶体厚度的连续激光输出性能。最终在输出耦合镜透过率为2.5%、激光晶体厚度为1.5 mm、注入泵浦功率为15.4 W时,得到了最高平均输出功率为4.55 W的连续激光输出。输出激光光束在x轴和y轴两个方向的光束质量因子M和M分别为1.65、1.71。

关键词：被动调Q er,yb:yab 非线性动力学反相态双端泵浦

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