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作者：赵凯哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

Tm激光系统泵浦的Ho激光系统是高效的2μm激光源，被广泛应用于医学、遥感、军事和机械加工等领域。使用ld阵列泵浦单晶体掺Tm激光器可减小体积，优化结构，因此研究高功率1.9μm单晶体掺Tm激光系统具有重要的应用价值和实际意义。本论... 详细信息

Tm激光系统泵浦的Ho激光系统是高效的2μm激光源，被广泛应用于医学、遥感、军事和机械加工等领域。使用ld阵列泵浦单晶体掺Tm激光器可减小体积，优化结构，因此研究高功率1.9μm单晶体掺Tm激光系统具有重要的应用价值和实际意义。本论文以用ld阵列泵浦1.9μm Tm:YLF激光器获得大功率激光输出为研究内容，从理论和实验上对于其进行了研究。基于Tm系统的能级结构，详细分析了其辐射跃迁机理，根据Tm:YLF的吸收谱与发射谱计算了Tm:YLF的增益截面，给出了有效增益截面计算的表达式。对晶体不同偏振下的输出波长进行分析，对于在1.908μm附近有较大发射截面的σ偏振输出，确定了采用体光栅加F-P标准具限制波长的方法，从而避免了1908nm附近的水吸收峰。根据泵浦光没有固定模式的特点，将泵浦光近似为平顶光，建立了以平面波分析为基础的激光模型，给出了激光器稳定运转下的相关物理量的表达式，并对主要功率转化途径进行了讨论，给出了计算公式，进行了模拟和计算，为实验提供了依据。晶体热效应是制约Tm:YLF固体激光器提高功率的重要因素，因此着重讨论了晶体内部热效应的产生原因量子缺陷和上转换效应。建立了平顶光束下的板条晶体热模型，对晶体内部温度分布和应力分布进行模拟计算，对不同泵浦光斑尺寸下晶体的热效应进行分析。通过模拟分析，证明了ld阵列端面泵浦板条晶体的形式更有利于缓解热效应，同时也为后续实验设计提供了依据。泵浦光快轴方向准直聚焦下，该方向的泵浦光强度可近似等效为高斯光束，根据光束变换原理设计了对于ld阵列泵浦光的聚焦整形系统。采用快轴方向匹配的方法，泵浦激光光斑比为1.5，对应设计了一个平凹腔。设计了单端单程、单端双程和双端泵浦三种形式，设计了谐振腔并优化了激光器参数。采用1.5×12×20mmTm(2.5at.%):YLF板条晶体，泵浦光斑约为5×1mm，体光栅加F-P标准具限制波长的方式，在最终双端泵浦下泵浦功率为449W时，获得了功率115W波长1.908μm窄线宽激光的稳定输出，斜率效率为30.5%，晶体完好。标准具的作用下，慢轴方向光束质量得到了明显改善，100W输出激光功率时该方向M2因子为58.42，快轴方向仅为1.62。ld阵列端面泵浦Tm:YLF板条晶体输出激光光斑截面为椭圆形，在长轴和短轴方向为不同的高斯型，根据高斯光束变换原理，对输出1.908μm光束变换提供了初步讨论，给出了一种用柱透镜对两个方向分别整形的方法。

关键词：高功率固体激光器 ld阵列 Tm:YLF 1.9μm激光

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