Yb-YAG強(qiáng)化Cr,Yb-YAG自調(diào)Q微片激光器性能研究.pdf

1、激光二極管泵浦的被動(dòng)調(diào)Q固體激光器是一種可以獲得高效率、短脈沖、高重復(fù)頻率、高峰值功率脈沖激光輸出的全固態(tài)激光器，在激光顯示、激光醫(yī)療、機(jī)械加工、激光測距、激光通信、激光點(diǎn)火等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
　　本文首先介紹了激光二極管泵浦的被動(dòng)調(diào)Q固體激光器的應(yīng)用背景，并從提高激光器效率和性能出發(fā)，介紹了包括摻Y(jié)b3+材料被動(dòng)調(diào)Q固體激光器和雙摻Cr4+、Yb3+材料自調(diào)Q固體激光器的發(fā)展概況。然后闡述了實(shí)驗(yàn)中選取Yb3+離子摻雜激光材料

2、作為增益介質(zhì)與Cr4+離子摻雜激光材料作為可飽和吸收體的光學(xué)特性和優(yōu)勢;利用被動(dòng)調(diào)Q速率方程建立新的Yb∶YAG強(qiáng)化Cr, Yb∶YAG自調(diào)Q激光器的理論模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)地研究了激光材料光學(xué)特性參數(shù)、泵浦光參數(shù)對Yb∶YAG強(qiáng)化Cr, Yb∶YAG自調(diào)Q激光器的激光性能的影響。最后，基于鍵合Yb∶YAG可以增加對泵浦光的吸收效率、提高粒子反轉(zhuǎn)數(shù)以達(dá)到強(qiáng)化Cr，Yb∶YAG自調(diào)Q激光性能的構(gòu)思來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用了固體微片激光器的形

3、式對Yb∶YAG強(qiáng)化Cr, Yb∶YAG自調(diào)Q激光器性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。詳細(xì)地研究了吸收泵浦功率、輸出耦合透射率、激光工作材料（激光晶體、激光陶瓷）對Yb∶YAG強(qiáng)化Cr, Yb∶YAG自調(diào)Q激光器的性能影響。
　　用1.5 mm厚的Yb∶YAG透明激光陶瓷作為強(qiáng)化工作物質(zhì)，0.5 mm厚的Cr，Yb∶YAG晶體作為自調(diào)Q激光工作物質(zhì)，采用940 nm光纖耦合的激光二極管作為泵浦源，研究了Yb∶YAG陶瓷強(qiáng)化Cr, Yb∶YAG自

4、調(diào)Q微片激光器的激光性能。當(dāng)輸出耦合鏡透過率TOC=30％時(shí)，激光器在吸收泵浦功率為7.07 W時(shí)獲得了最高平均輸出功率為530 mW的自調(diào)Q激光輸出，相應(yīng)光-光轉(zhuǎn)換效率是7.5％;此時(shí)自調(diào)Q激光脈沖的重復(fù)頻率為25 kHz，脈沖寬度為3.75 ns，激光單脈沖能量為20.4μJ，峰值功率為5.44kW。
　　用1.2 mm厚的Yb∶YAG晶體作為增益介質(zhì)，0.5 mm厚的Cr，Yb∶YAG晶體作為自調(diào)Q激光工作物質(zhì)，采用940

5、nm高亮度單管激光二極管作泵浦源，實(shí)現(xiàn)了Yb∶YAG晶體強(qiáng)化Cr, Yb∶YAG自調(diào)Q微片激光器的高效激光輸出。當(dāng)輸出耦合鏡透過率TOC=50％時(shí)，激光器在吸收泵浦功率為2.5 W時(shí)獲得了0.8 W的平均輸出功率，光-光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)32％，激光的單脈沖能量為12.4μJ，脈沖寬度為1.68 ns，對應(yīng)的峰值功率約是7.4kW，重復(fù)頻率是65 kHz。利用被動(dòng)調(diào)Q速率方程建立的理論模型，數(shù)值模擬的結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)獲得的激光脈沖特性基本符合，這

6、對于理論指導(dǎo)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)具有重要意義。
　　在不同輸出耦合鏡透射率條件下，Yb∶YAG晶體強(qiáng)化Cr，Yb∶YAG自調(diào)Q微片激光器的光學(xué)轉(zhuǎn)換效率都高于Yb∶YAG陶瓷強(qiáng)化自調(diào)Q微片激光器的激光轉(zhuǎn)換效率。Yb∶YAG晶體強(qiáng)化微片激光器的最佳輸出耦合透射率是TOC=50％，Yb∶YAG陶瓷強(qiáng)化微片激光器的是TOC=30％，前者獲得的峰值功率、重復(fù)頻率大于后者，脈沖寬度小于后者。而在相同TOC=30％時(shí)，采用Yb∶YAG晶體和陶瓷材料作為強(qiáng)化