本文選題：Tm:YAG激光器 + 速率方程��； 參考：《湖北工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：2μm波長的銩激光器在激光雷達(dá)、激光測距、激光醫(yī)療等領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。銩離子激光上能級具有很長的能級壽命,與摻銩光纖激光器相比,調(diào)Q全固態(tài)Tm:YAG激光器更容易得到很強(qiáng)的脈沖能量,對銩激光在微創(chuàng)手術(shù)中向硬組織消融拓展及激光探測應(yīng)用都具有重要意義。本文圍繞高效率、高功率Tm:YAG激光器開展研究,首先根據(jù)Tm:YAG晶體的能級結(jié)構(gòu)分析了Tm:YAG激光器準(zhǔn)三能級運(yùn)轉(zhuǎn)特性,建立激光器的速率方程,通過模擬激光器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各能級粒子和激光器諧振腔內(nèi)光子數(shù)的實(shí)時變化分析了輸入及冷卻條件對激光輸出的影響規(guī)律,結(jié)果表明冷卻溫度對激光輸出產(chǎn)生巨大影響,適當(dāng)降低冷卻液溫度可顯著提高激光輸出效率;通過調(diào)Q速率方程模擬了激光器的脈沖特性,得到調(diào)Q固態(tài)Tm:YAG激光器強(qiáng)激光脈沖。鑒于溫度對激光器輸出的影響,為了在適當(dāng)降低冷卻溫度時防止Tm:YAG晶體兩端凝結(jié)水汽而提出晶體兩端套加熱套筒的創(chuàng)新性設(shè)計;在此種新型條件下建立三端側(cè)面泵浦固體Tm:YAG激光器的溫度、應(yīng)力數(shù)學(xué)模型,采用有限差分法對Tm:YAG的溫度場和應(yīng)力分布進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬,分析了泵浦功率、泵浦耦合結(jié)構(gòu)等對溫度、應(yīng)力及熱透鏡效應(yīng)的影響規(guī)律,分析了減少熱效應(yīng)的方法,為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。在理論分析的基礎(chǔ)上設(shè)計激光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)激光輸出實(shí)驗(yàn),研究了不同泵浦功率、冷卻水溫度及不同輸出鏡透過率條件下,Tm:YAG激光器的輸出規(guī)律,分析了各參數(shù)對激光輸出的影響;在泵浦光功率為765W條件下,實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光輸出功率178W,光光轉(zhuǎn)換效率超過22%,為進(jìn)一步脈沖激光實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Thulium laser with 2 渭 m wavelength has a good application prospect in laser radar, laser ranging, laser medical treatment and so on. The upper energy level of thulium ion laser has a long energy level lifetime. Compared with thulium doped fiber laser, Q-switched all-solid-state TM: YAG laser is easier to obtain strong pulse energy. It is of great significance for thulium laser to expand into hard tissue ablation and laser detection in minimally invasive surgery. In this paper, a high efficiency and high power TM: YAG laser is studied. Firstly, according to the energy level structure of the TM: YAG crystal, the quasi-three-level operation characteristics of the TM: YAG laser are analyzed, and the rate equation of the laser is established. The influence of input and cooling conditions on laser output is analyzed by simulating the real time variation of laser particle and photon number in laser resonator during laser operation. The results show that cooling temperature has a great influence on laser output. The laser output efficiency can be improved by decreasing the coolant temperature properly, and the strong laser pulse of Q-switched solid-state TM: YAG laser is obtained by simulating the pulse characteristics of the laser by Q-switched rate equation. In view of the effect of temperature on the output of laser, in order to prevent the condensation of water vapor at both ends of TM: YAG crystal, an innovative design of heating sleeve with two ends of crystal is proposed. Under this new condition, a mathematical model of temperature and stress of three-terminal side-pumped solid-state TM: YAG laser is established. The temperature field and stress distribution of TM: YAG laser are simulated by finite difference method, and the pump power is analyzed. The effects of pump coupling structure on temperature, stress and thermal lens effect are analyzed. The method of reducing thermal effect is analyzed, which provides a theoretical basis for further experiments. On the basis of theoretical analysis, a laser experimental system was designed to carry out continuous laser output experiments. The output law of Tm: YAG laser with different pump power, cooling water temperature and different transmittance of output mirror was studied. The influence of various parameters on laser output is analyzed. The continuous laser output power is 178W under the pump power of 765W, and the optical conversion efficiency is more than 22W, which lays a foundation for the further realization of pulsed laser.
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何學(xué)東;同步泵浦可調(diào)諧染料激光理論研究的進(jìn)展[J];物理學(xué)進(jìn)展;1994年02期

2 唐映德,李兵斌,過振,王石語,文建國,蔡德芳,車進(jìn)喜;泵浦光的離軸對激光器性能影響[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報;2005年02期

3 張申金;周壽桓;唐曉軍;呂華昌;;二極管側(cè)面泵浦圓片激光器增益介質(zhì)內(nèi)泵浦光分布[J];紅外與激光工程;2007年04期

4 慕偉;趙楚軍;;一體式高功率光纖泵浦耦合器及其制作技術(shù)[J];光電子.激光;2009年11期

5 王紅英;;基于多縱模泵浦光的光參量放大過程的理論分析[J];西安文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

6 鄭志強(qiáng),邱怡申,許立新,呂團(tuán)孫;(BaSr)TiO_3晶體橋式互泵浦相位共軛器的實(shí)驗(yàn)研究[J];福建師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1998年03期

7 張偉毅;寧繼平;陳博;白曉磊;韓群;周雷;;脈沖泵浦的摻鐿光纖放大器中放大自發(fā)輻射動態(tài)變化模擬[J];光子學(xué)報;2011年05期

8 郭渭榮;李強(qiáng);馮馳;晏樂倫;王金國;;二極管側(cè)面泵浦薄片激光器泵浦性能數(shù)值仿真[J];紅外與激光工程;2012年04期

9 商繼敏;任宇芬;;側(cè)面緊耦合泵浦微型激光器研究[J];紅外與激光工程;2013年05期

10 吳路生，吳文玲;縱向泵浦的激光介質(zhì)最佳長度[J];量子電子學(xué);1994年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 朱曉寧;鄭磊;李巨浩;丁偉;張利劍;陳章淵;;引入二階泵浦后不同泵浦方式拉曼放大器性能比較[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

2 朱志武;馮瑩;魏立安;官慶;姜廣文;;多點(diǎn)泵浦雙包層光纖激光器理論以及數(shù)值分析[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國光學(xué)學(xué)會光電技術(shù)專業(yè)委員會成立二十周年暨第十一屆全國光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

3 周俊鶴;陳建平;;一種計算拉曼放大器后向泵浦的新算法[A];2003'全國微波毫米波會議論文集[C];2003年

4 郎利影;邢岐榮;李術(shù)新;徐世祥;王鍇;柴路;王清月;;雙光子吸收及泵浦光斑對太赫茲輻射的影響[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國光學(xué)學(xué)會光電技術(shù)專業(yè)委員會成立二十周年暨第十一屆全國光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

5 張遠(yuǎn)憲;馮黎;劉春;普小云;;消逝波泵浦的回音壁模式激光增益計算[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

6 任潔;劉輝;王葉兵;盧本全;謝玉林;常宏;;堿土金屬中重泵浦光對單態(tài)能級冷卻影響的理論及實(shí)驗(yàn)研究[A];第十六屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報告會報告摘要集[C];2014年

7 褚政;劉勁松;;強(qiáng)太赫茲場下光生載流子量子產(chǎn)生效率與泵浦光強(qiáng)度關(guān)系研究[A];第十三屆全國紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2011年

8 趙保真;梁曉燕;冷雨欣;王乘;姜永亮;李儒新;徐至展;;利用不同的泵浦波長優(yōu)化啁啾脈沖參量放大[A];上海市激光學(xué)會2005年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

9 蔣建鋒;涂波;周唐建;崔玲玲;姚震宇;唐淳;;高平均功率薄片激光多通泵浦耦合系統(tǒng)設(shè)計[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

10 武志超;凌銘;譚雪春;金光勇;寧國斌;梁柱;;高重頻三向側(cè)面泵浦DPL耦合系統(tǒng)設(shè)計[A];2007年先進(jìn)激光技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會論文集[C];2007年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 實(shí)習(xí)生　姜靖;提速：從30分鐘到3秒鐘[N];科技日報;2007年

2 周壽桓;明確應(yīng)用 解決固體激光技術(shù)難題[N];中國電子報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 林林;二極管泵浦固體激光器中泵浦效果的分析與評價[D];西安電子科技大學(xué);2012年

2 趙鴻;二極管側(cè)面泵浦倍頻固體激光技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所;2001年

3 李忠洋;基于非線性光學(xué)方法產(chǎn)生高功率THz波輻射源的研究[D];天津大學(xué);2011年

4 盛泉;共振泵浦在摻Nd~(3+)全固態(tài)激光器及非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)中的應(yīng)用[D];天津大學(xué);2013年

5 高松;角泵浦Nd:YAG復(fù)合板條基模激光器及其光束對稱性研究[D];清華大學(xué);2010年

6 李桂秋;LD泵浦全固態(tài)調(diào)Q激光特性理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];山東大學(xué);2006年

7 高飛;LD泵浦銫蒸汽激光器的理論建模與工作特性研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

8 肖虎;摻鐿光纖激光級聯(lián)泵浦技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

9 徐瀏;LD泵浦Innoslab激光振蕩器和放大器研究[D];北京理工大學(xué);2015年

10 李斌;全固態(tài)激光非線性頻率變換及熱助推泵浦技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 唐珂;泵浦光為平頂光束時對DPL泵浦效果的影響[D];西安電子科技大學(xué);2006年

2 孟超;寬帶光纖拉曼放大器泵浦配置的研究[D];西南交通大學(xué);2007年

3 張繼來;多泵浦光纖拉曼放大器的研究和實(shí)現(xiàn)[D];北京交通大學(xué);2008年

4 龐愷;二極管側(cè)面泵浦薄片激光器研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2008年

5 殷坤;880nm直接泵浦Nd:YVO_4/KTP 532nm綠光激光器[D];長春理工大學(xué);2012年

6 劉學(xué)文;泵浦光對DPL輸出特性的影響[D];西安電子科技大學(xué);2009年

7 王子雄;光纖中參量放大特性的研究[D];天津大學(xué);2008年

8 陳娜;基態(tài)高斯塔克能級熱助推泵浦Nd:YVO_4激光器研究[D];天津大學(xué);2010年

9 韋光;提高被動調(diào)QDPL頻率穩(wěn)定性的泵浦技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

10 蒲祥東;調(diào)Q DPL脈沖穩(wěn)定性研究[D];西安電子科技大學(xué);2009年

，

本文編號：2037647