Er，Pr：YLF、Er：LLF和Er：YAP晶体2.7μm波段激光特性研究
2.7μm波段中红外激光在激光医疗、大气监测、遥感探测、激光雷达等领域具有广泛且重要的应用价值，是当前中红外激光领域研究的热点。随着全固态激光技术的迅猛发展和稀土离子掺杂激光晶体材料制备工艺技术的日益成熟，976nm半导体激光器(LD)泵浦Er3+离子掺杂激光晶体(4I11/2→4I13/2跃迁）直接产生2.7μm中红外激光因具有结构紧凑、效率高、工作寿命长且运转方式多样化等优点，成为产生2.7μm中红外激光最有效的技术手段之一。本论文以Er,Pr∶YLF、Er∶LLF和Er∶YAP晶体为研究对象，探索了Pr3+离子的引入对Er3+离子2.7μm中红外光谱特性的影响，研究了上述三种晶体2.7μm波段连续波激光特性，并针对Er∶YAP晶体2.7μm的脉冲激光特性进行了探索。主要内容如下:1.介绍了2.7μm波段中红外激光在生物医疗、气体探测等领域的应用及目前产生2.7μm波段中红外激光主要的技术手段，重点介绍了掺Er3+晶体固体激光器的研究进展，指出了当前技术方面存在的瓶颈以及亟待解决的问题。基于2.7μm波段基质材料和稀土激活离子，分析了共掺离子及低声子能量基质材料对Er3+离子掺杂晶体性能提升的可行性。最终对本论文的主要研究内容进行了总结。 2.对Er,Pr∶YLF和Er∶LLF晶体的光谱特性进行了测试、分析。结果表明共掺Pr3+离子可以有效地“去活”Er3+∶4I13/2激光下能级寿命，低声子能量基质材料也有利于低掺杂浓度下Er3+∶4I11/2→4I13/2能级跃迁;利用J-O理论和F-L公式计算了Er,Pr∶YLF和Er∶LLF晶体的发射截面，证明了两种晶体作为2.7μm波段中红外激光晶体的潜力。 3.开展了LD端面泵浦Er,Pr∶YLF、Er∶LLF和Er∶YAP晶体2.7μm波段连续波激光特性的研究。在对泵浦过程中产生的热效应进行详细分析的基础上，系统研究了上述几种晶体的连续波激光特性，分析了其在高功率高效率中红外激光中应用的潜力。最终利用Er∶YAP晶体实现了输出功率最高为849mW，斜效率最高为16.8％的2.71μm的连续波激光运转。 4.对LD端面泵浦Er∶YAP晶体2.7μm波段脉冲激光特性进行了研究。针对传统闪光灯侧面泵浦方式存在的光束质量差、效率低、结构复杂等缺点，提出利用脉冲LD端面泵浦Er∶YAP晶体，实现了高效率、高光束质量的2.7μm的微秒脉冲激光输出。结合半导体饱和吸收镜（SESAM）被动调Q技术，在脉冲模式泵浦的情况下实现了效率为16.8％、脉宽为774.4ns的被动调Q激光输出;随后研究了石墨烯、二碲化钼等2D材料饱和吸收体在2.7μm波段的脉冲调制性能;其中，利用二碲化钼实现了64.85ns的最窄脉宽输出。 5.分析整理了论文的研究内容及创新点，指出论文中的不足及后续有待研究之处。
中红外激光;离子掺杂晶体;连续波;激光特性
山东大学
硕士
材料物理与化学
张百涛
2021
中文
TN241
2021-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）