高功率Tm-YAP連續(xù)激光器的研究.pdf

1、2μm波段激光器經(jīng)過長期發(fā)展，已經(jīng)進入科研、軍事、激光醫(yī)療、環(huán)境保護、材料加工等領域，并且得到了廣泛的應用。由于2μm激光在許多方面所具有的優(yōu)越性質(zhì)，2μm激光器已經(jīng)成為固體激光器中一個重要的研究領域。鑒于其重要的應用價值，本文對Tm∶YAP激光器展開了理論分析和實驗研究，具體工作包括以下五個方面:
　　(1)對Tm∶YAP晶體特性的分析，包括Tm3+離子的能級結構特性分析，YAP晶體的物理特性分析，Tm: YAP晶體的光譜特性分

2、析，以及Tm∶YAP晶體的熱透鏡效應四個方面。其中，主要研究了Tm∶YAP晶體的熱透鏡效應，包括Tm∶YAP晶體的熱透鏡焦距的理論推導和結合具體參數(shù)的數(shù)值計算。
　　(2)研究了Tm∶YAP激光器的速率方程模型，包括:Tm∶YAP激光器低四位能級速率方程模型和連續(xù)Tm∶YAP激光器速率方程模型。研究激光器的發(fā)光機理是研究激光器的基礎，而速率方程則是研究激光器工作過程的主要依據(jù)，通過研究模型并求解速率方程，分析各個因素對激光器輸出的

3、影響，這也是優(yōu)化設計激光器的基礎。
　　(3)分析了直腔的理論模型，利用MATLAB軟件對諧振腔進行優(yōu)化設計，模擬出激光器的穩(wěn)區(qū)范圍和激光光斑半徑在腔內(nèi)的變化情況。結合實驗，對比各種腔型的輸出功率情況，選擇有效補償Tm∶YAP晶體熱效應的最佳腔型，實現(xiàn)連續(xù)Tm∶YAP激光器的穩(wěn)定、高功率輸出。當輸出透鏡透過率為5％時，獲得4.92 W的1.98μm連續(xù)波激光輸出，相對應的泵浦功率為17W，斜率效率為36.57％。使用ANDOR光譜

4、儀測得激光器輸出中心波長為1985nm。采用NanoScan光束測量儀，測得了在同一位置不同泵浦功率下的輸出光斑輪廓。
　　(4)研究了Z型腔Tm∶YAP激光器的理論模型，設計了四鏡折疊腔，根據(jù)四鏡折疊腔的穩(wěn)定性條件和像散補償條件，利用MATLAB軟件對諧振腔進行優(yōu)化設計。結合實驗，對比不同腔型的功率輸出情況，選出最佳腔型。輸入泵浦功率為14W時，得到最大輸出功率為2.27 W，斜率效率為23.9％。
　　(5)對可調(diào)諧Tm