Nd：LuVO-,4-、Nd：GdVO-,4-晶體微片LD端面泵浦激光性質(zhì)研究.pdf

1、激光二極管泵浦的固體激光器(Laser-diode pumped solid-state laser,簡稱DPSSL)現(xiàn)已成為固體激光器的發(fā)展主流，是迄今唯一不需維護的激光系統(tǒng)，具有轉(zhuǎn)換效率高、輸出的光束質(zhì)量好、性能穩(wěn)定可靠、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，在醫(yī)學(xué)、科研、軍事、工業(yè)和娛樂裝飾等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。 DPSSL的發(fā)展與相應(yīng)新晶體的探索密切相關(guān)。目前最實用的激光晶體Nd:YAG存在著一些性能缺陷，如Nd:YAG具有窄的泵浦

2、吸收帶寬和較低的泵浦吸收截面等特點，這些特點限制了它在DPSSL領(lǐng)域，特別是LD泵浦微片激光器中的應(yīng)用。摻釹釩酸鹽晶體是順應(yīng)DPSSL發(fā)展而開發(fā)的新型激光晶體材料。LuVO<,4>和GdVO<,4>兩種典型激光晶體，它們不僅具有寬的吸收帶和高的吸收截面，而且具有目前發(fā)現(xiàn)的釩酸鹽中最高的熱導(dǎo)率，盡管其熱導(dǎo)率的大小大致與Nd:YAG相比擬，但它們的增益截面比Nd:YAG高得多，尤其是它們能均勻的摻入較高濃度的釹離子，使LD泵浦微片激光性能有

3、更大提高，因而引起人們的特別關(guān)注。目前，這兩種新晶體的LD泵浦微片激光性能已有一些報道，但對不同釹離子濃度，不同厚度微片等條件下系統(tǒng)的研究LD泵浦的激光性能尚未見報道。 本論文主要對Nd:LuVO<,4>和Nd:GdVO<,4>兩種激光晶體在中小泵浦功率LD端面下的多種激光性能進行了系統(tǒng)的測試和理論分析。實驗使用了不同釹離子濃度，不同厚度微片樣品60余塊，實驗結(jié)果表明該類晶體具有廣闊的應(yīng)用前景。 本論文主要研究內(nèi)容

4、包括： 1．簡要介紹了DPSSL主要特性、優(yōu)勢、應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀；對DPSSL制作中目前比較常用的固體激光材料的特點進行了分析對比，并指出了摻釹釩酸鹽系列的激光晶體，特別是LuVO<,4>和GdVO<,4>兩種新型晶體，具有優(yōu)良的LD泵浦微片激光性能。 2．從增益介質(zhì)中飽和光強的微分方程出發(fā)，導(dǎo)出了對LD泵浦微片激光器的基頻輸出功率、閾值泵浦功率和斜效率的理論表達式；采用高、低功率兩種LD分別對多種Nd:GdVO<,4>和

5、Nd:LuVO<,4>微片樣品的基頻輸出進行了系統(tǒng)測試，確定了微片的最佳基頻輸出所對應(yīng)的釹濃度、厚度以及透過率；研究了LD溫度變化和微片熱效應(yīng)對晶體基頻輸出功率的影響。在2W泵浦功率條件下，Nd:GdVO<,4>和Nd：LuVO<,4>微片分別獲得了高達1.05W和1.09W的基頻輸出功率，斜效率分別高達56％和59％，實驗結(jié)果表明，該類晶體是LD泵浦微片激光器領(lǐng)域優(yōu)良的晶體材料。 3．從縱向泵浦激光器腔內(nèi)增益與損耗的基本方程出

6、發(fā)，對微片激光的腔內(nèi)二次諧波的產(chǎn)生與腔參數(shù)的關(guān)系進行了理論研究，得到了腔內(nèi)倍頻光功率P<,SHG>與基頻光功率P<,C>的關(guān)系。在2.21W泵浦時，分別得到了Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>微片最高為126.1mW和116.2mW的倍頻光輸出。系統(tǒng)研究了不同泵浦方式和腔長對倍頻輸出以及樣品厚度和摻雜濃度對倍頻輸出的影響，結(jié)果表明Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶體是高效的綠光微片激光材料。 4．研究了

7、GaAs晶體被動調(diào)Q的機理及其被動調(diào)Q兼輸出耦合的速率方程，從實驗上研究了不同摻雜濃度和不同樣品厚度Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶體的調(diào)Q輸出特性；并得到了脈沖寬度、重復(fù)頻率、脈沖峰值功率和平均輸出功率隨泵浦功率的變化關(guān)系。實驗中利用GaAs晶體做被動調(diào)Q元件，在2.21W泵浦功率下，得到Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶體的最短脈寬分別為121ns和161ns證實了Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO