LD陣列端面泵浦Tm-YLF板條激光器的研究.pdf

1、Tm3+激光系統(tǒng)泵浦的Ho3+激光系統(tǒng)是高效的2μm激光源,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、遙感、軍事和機(jī)械加工等領(lǐng)域。使用LD陣列泵浦單晶體摻Tm3+激光器可減小體積,優(yōu)化結(jié)構(gòu),因此研究高功率1.9μm單晶體摻Tm3+激光系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義。本論文以用LD陣列泵浦1.9μmTm:YLF激光器獲得大功率激光輸出為研究內(nèi)容,從理論和實(shí)驗(yàn)上對于其進(jìn)行了研究。
　　基于Tm3+系統(tǒng)的能級(jí)結(jié)構(gòu),詳細(xì)分析了其輻射躍遷機(jī)理,根據(jù)Tm:YLF的

2、吸收譜與發(fā)射譜計(jì)算了Tm:YLF的增益截面,給出了有效增益截面計(jì)算的表達(dá)式。對晶體不同偏振下的輸出波長進(jìn)行分析,對于在1.908μm附近有較大發(fā)射截面的σ偏振輸出,確定了采用體光柵加F-P標(biāo)準(zhǔn)具限制波長的方法,從而避免了1908nm附近的水吸收峰。根據(jù)泵浦光沒有固定模式的特點(diǎn),將泵浦光近似為平頂光,建立了以平面波分析為基礎(chǔ)的激光模型,給出了激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)下的相關(guān)物理量的表達(dá)式,并對主要功率轉(zhuǎn)化途徑進(jìn)行了討論,給出了計(jì)算公式,進(jìn)行了模擬和

3、計(jì)算,為實(shí)驗(yàn)提供了依據(jù)。晶體熱效應(yīng)是制約Tm:YLF固體激光器提高功率的重要因素,因此著重討論了晶體內(nèi)部熱效應(yīng)的產(chǎn)生原因量子缺陷和上轉(zhuǎn)換效應(yīng)。建立了平頂光束下的板條晶體熱模型,對晶體內(nèi)部溫度分布和應(yīng)力分布進(jìn)行模擬計(jì)算,對不同泵浦光斑尺寸下晶體的熱效應(yīng)進(jìn)行分析。通過模擬分析,證明了LD陣列端面泵浦板條晶體的形式更有利于緩解熱效應(yīng),同時(shí)也為后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　泵浦光快軸方向準(zhǔn)直聚焦下,該方向的泵浦光強(qiáng)度可近似等效為高斯光束,

4、根據(jù)光束變換原理設(shè)計(jì)了對于LD陣列泵浦光的聚焦整形系統(tǒng)。采用快軸方向匹配的方法,泵浦激光光斑比為1.5,對應(yīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)平凹腔。設(shè)計(jì)了單端單程、單端雙程和雙端泵浦三種形式,設(shè)計(jì)了諧振腔并優(yōu)化了激光器參數(shù)。采用1.5×12×20mm3Tm(2.5at.％):YLF板條晶體,泵浦光斑約為5×1mm2,體光柵加F-P標(biāo)準(zhǔn)具限制波長的方式,在最終雙端泵浦下泵浦功率為449W時(shí),獲得了功率115W波長1.908μm窄線寬激光的穩(wěn)定輸出,斜率效率為3