高功率Tm:YAP板条激光器实验研究
中红外2μm波段的激光,因具有处于人眼安全波段和大气传输窗口的特点,在激光医疗、光电对抗、材料加工和处理等许多方面有重要应用。Tm:YAP激光晶体具有机械、热力学性能优良,抗损伤能力强,发射的激光波长处于Ho:YLF等晶体的吸收峰等特点,是优良的2μm激光泵浦源;但该晶体强烈的热透镜效应限制了1.9μm高功率激光的输出。基于以上原因,本文致力于研究板条形状的Tm:YAP准三能级激光产生的机理、热透镜效应产生的原因及补偿方法,期望能获得高功率、高光束质量的1.94μm的激光输出。 首先,以能级跃迁理论为基础,建立了考虑上转换损耗和交叉弛豫的单掺Tm3+准三能级速率方程理论模型,分析了与泵浦光斑、谐振腔、晶体参数三方面相关的多种因素对激光器输出性能的影响。以热传导方程为基础,建立了板条状激光晶体热分布模型,模拟了各横截面的温度和应力分布情况。以热透镜效应产生机理为基础,分析了Tm:YAP激光器的热焦距随泵浦功率的变化情况。以ABCD定律和谐振腔稳定条件为基础,设计了能承受较小热焦距、具有较大稳定区的单块和双块Tm:YAP晶体的谐振腔结构。 在上述内容基础上,进行了常温运转的单晶体Tm:YAP激光器的实验研究。实验中选用双端泵浦激光晶体的方式提高注入泵浦功率,采用双凹腔结构补偿Tm:YAP强烈热透镜效应,选用双F-P标准具控制激光器输出波长,最终获得了48W的1938.5nm的激光输出,相应的斜率效率和光光转换效率为43.6％和34.35%。输出激光从4.94W增加到47.1W时,激光中心波长从1938.4nm漂移至1938.8nm。输出功率为25W和35W情况下,激光器的光束质量因子分别为4.11和4.16。 在单块Tm:YAP激光器实验研究的基础上,进行了常温运转的两块Tm:YAP激光器的实验研究。在泵浦功率257W的情况下,最终获得了69.5W的1.94μm的激光输出。用该激光器泵浦L型结构的Ho:YLF激光器,实验中Tm:YAP输出功率为54.7W时,Ho:YLF激光器输出了23.1W的2062.4nm的激光,斜率效率为47%,光光转换效果接近50%;加入调Q晶体后,在脉冲频率设定为1kHz的情况下,最大脉冲能量为18mJ,对应的脉冲宽度为22.6ns。
板条形状;Tm:YAP板条激光器;热透镜效应;谐振腔结构
哈尔滨工业大学
硕士
物理电子学
鞠有伦
2013
中文
TN248
72
2014-03-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）