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增益开关Ho,Pr:LLF激光器输出特性研究

2020-12-08阅读(554)

增益开关Ho,Pr:LLF激光器输出特性研究

论文摘要

3μm波段中红外激光器在医疗、遥感、大气环境监测以及光电对抗方面有着重要应用。随医疗行业不断进步和人们对健康要求的不断升级,3μm波段激光由于对水强烈的吸收作用,在医疗行业,尤其是牙科和外科手术中占有越来越多的作用。在大气探测方案中,3μm对大气中水汽变化的检测十分敏感,可作为环境监测的良好工具。除此之外,3μm波段激光由于可作为中远红外激光器的泵浦源,在光电对抗和激光雷达的发展和研制中有着重要应用。掺杂Ho3+的激光介质输出3μm波段激光的研究尚在起步阶段,近年来,Ho3+、Pr3+双掺杂,基质为LiLuF4的晶体通过Czochralski方法生长,同时成功输出3μm波段激光。作为一种新的输出3μm波段激光的手段,增益开关Ho,Pr:LLF激光器输出特性研究很有意义。由此,本文的研究内容可以概括为以下几个部分。首先,以Ho,Pr:LLF晶体的物理特性和光谱特性出发,研究Ho3+离子的能级结构和离子跃迁机制,建立Ho,Pr:LLF激光器三能级系统速率方程,并对线形腔Ho,Pr:LLF激光器不同输出镜透过率对输出特性的影响进行分析。其次,根据Ho,Pr:LLF晶体吸收特性,搭建KTP光学参量振荡器作为Ho,Pr:LLF激光器泵浦源。以非线性晶体准相位匹配条件为理论依据,计算KTP晶体在532 nm激光泵浦条件下输出1190 nm波段激光的晶体切割角,通过仿真设计KTP OPO的谐振腔型,并仿真计算KTP光学参量振荡器的腔内光斑分布。结合仿真,通过实验获得最大输出单脉冲能量为4.4 mJ、脉宽8.2 ns、中心波长为1191.9 nm的激光输出。对实验结果进行测量和论证。最后,搭建Ho,Pr:LLF激光器,进行Ho,Pr:LLF激光器谐振腔的设计,通过仿真计算得到模式匹配下的谐振腔长。正常运转时,获得最大输出单脉冲能量为102μJ,激光脉宽为33 ns,中心波长为2958 nm,峰值功率最大为3.1 kW的激光输出。光-光效率和泵浦斜率效率分别为1.5%和2.6%。在最佳输出条件下,输出激光脉冲宽度随泵浦能量的变化从96 ns到33 ns。针对泵浦源的1.19μm激光和输出的2.95μm激光的脉冲时序,从增益开关的特性出发,深入分析Ho,Pr:LLF激光器的增益开关特性,给出实验的分析结果。本文是对于新型晶体Ho,Pr:LLF固体激光器的输出特性研究,同时使用增益开关法获得了目前此类研究中峰值功率最大的激光输出,对3μm激光的应用有一定价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究的目的和意义
  •   1.2 3微米激光器研究现状
  •     1.2.1 掺Er激光器的研究现状
  •     1.2.2 掺Ho激光器的研究现状
  •   1.3 本文的主要研究内容
  • 第2章 Ho,Pr:LLF激光器速率方程及增益开关理论
  •   2.1 引言
  •   2.2 Ho,Pr:LLF晶体特性
  •     2.2.1 Ho,Pr:LLF晶体物理特性
  •     2.2.2 Ho,Pr:LLF晶体光谱特性
  •   2.3 Ho,Pr:LLF激光器速率方程理论
  • 3+离子能级结构及激光器的能级跃迁'>    2.3.1 Ho3+离子能级结构及激光器的能级跃迁
  •     2.3.2 速率方程的建立及参数分析
  •     2.3.3 直腔Ho,Pr:LLF激光器输出特性分析
  •   2.4 Ho,Pr:LLF激光器增益开关技术
  •   2.5 直腔Ho,Pr:LLF激光器腔形仿真
  •   2.6 本章小结
  • 第3章 Ho,Pr:LLF激光器泵浦源理论和实验研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 KTP晶体特性及用途
  •   3.3 1.19 微米KTP光学参量振荡器相位匹配理论
  •   3.4 环形腔单共振KTP OPO谐振腔设计
  •   3.5 KTP OPO激光输出特性
  •     3.5.1 泵浦源输出特性
  •     3.5.2 KTP OPO输出特性
  •     3.5.3 KTP OPO输出光谱特性
  •     3.5.4 KTP OPO输出脉宽特性
  •   3.6 本章小结
  • 第4章 Ho,Pr:LLF激光器实验研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 直腔Ho,Pr:LLF激光器输出特性研究
  •   4.3 Ho,Pr:LLF激光器输出光谱特性
  •   4.4 Ho,Pr:LLF激光器输出波形
  •   4.5 Ho,Pr:LLF激光器增益开关特性
  •   4.6 端面泵浦Fe:ZnSe激光器输出特性研究
  •   4.7 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 郭春发

    导师: 戴通宇

    关键词: 激光,增益开关

    来源: 哈尔滨工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 哈尔滨工业大学

    分类号: TN248

    DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003111

    总页数: 66

    文件大小: 2508K

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