2μm波段激光處于大氣窗口與人眼安全波段,同時(shí)也處于水分子和人體組織的吸收峰,因此該波段激光光源被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、軍事和科研等領(lǐng)域的計(jì)量與檢測(cè)。利用半導(dǎo)體激光器泵浦Tm,Ho共摻晶體是獲得2μm波段激光的有效手段。本論文的主要工作是從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)新型Tm,Ho:LuVO_4激光器及其輸出特性展開(kāi)深入研究。首先,在理論方面利用實(shí)驗(yàn)獲得的Tm,Ho:LuVO_4晶體的吸收光譜、熒光光譜,計(jì)算出Tm,Ho:LuVO_4晶體的吸收截面及發(fā)射截面。同時(shí),根據(jù)Tm,Ho離子能級(jí)躍遷機(jī)制,得到Tm,Ho共摻系統(tǒng)的準(zhǔn)四能級(jí)速率方程,由晶體參數(shù)及光譜參數(shù)等,對(duì)Tm,Ho:LuVO_4激光器的相關(guān)性能進(jìn)行數(shù)值模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果分析激光晶體參數(shù)和諧振腔參數(shù)對(duì)激光器連續(xù)輸出特性的影響。根據(jù)已獲得的Tm,Ho:LuVO_4晶體參數(shù),對(duì)主動(dòng)調(diào)Q的Tm,Ho:LuVO_4激光器輸出特性進(jìn)行數(shù)值模擬,并分析主動(dòng)調(diào)Q模式運(yùn)轉(zhuǎn)Tm,Ho:LuVO_4激光器的晶體粒子數(shù)密度、諧振腔輸出鏡透過(guò)率、諧振腔內(nèi)損耗對(duì)激光輸出脈沖寬度、脈沖能量及峰值功率的影響。對(duì)被動(dòng)調(diào)Q模式運(yùn)轉(zhuǎn)的Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出特性進(jìn)行數(shù)值模擬,并分析被動(dòng)調(diào)Q模式運(yùn)轉(zhuǎn)Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出鏡透過(guò)率、漂白難易度等對(duì)輸出功率、脈沖寬度和脈沖能量的影響。其次,建立Tm,Ho:LuVO_4激光器的諧振腔ABCD矩陣,對(duì)諧振腔的穩(wěn)定性與諧振腔參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)分析,并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)Tm,Ho:LuVO_4激光器的光學(xué)諧振腔。選用中心波長(zhǎng)798.6nm的半導(dǎo)體激光器進(jìn)行雙端泵浦,實(shí)驗(yàn)研究了液氮制冷下連續(xù)波模式運(yùn)轉(zhuǎn)Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出耦合鏡透過(guò)率、諧振腔長(zhǎng)、泵浦功率等諧振腔參數(shù)對(duì)激光器輸出特性的影響。當(dāng)Tm,Ho:LuVO_4激光器選用輸出耦合鏡透過(guò)率30%、諧振腔長(zhǎng)155mm、泵浦功率14.7W時(shí),有最大輸出功率4.64W,相應(yīng)的斜率效率和光學(xué)轉(zhuǎn)換效率分別為34.6%和31.6%,激光器的輸出波長(zhǎng)為2075.72nm,該波長(zhǎng)Tm,Ho:LuVO_4連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)激光器可做醫(yī)療檢測(cè)的新型激光光源。最后,在連續(xù)波模式運(yùn)轉(zhuǎn)Tm,Ho:LuVO_4激光器研究的基礎(chǔ)上,開(kāi)展主、被動(dòng)調(diào)Q模式運(yùn)轉(zhuǎn)Tm,Ho:LuVO_4激光器的研究。實(shí)驗(yàn)研究了聲光主動(dòng)調(diào)QTm,Ho:LuVO_4激光器的輸出耦合鏡透過(guò)率、脈沖重復(fù)頻率、泵浦功率等對(duì)激光器輸出特性的影響。在輸出鏡透過(guò)率30%、脈沖重復(fù)頻率10KHz、泵浦功率14.7W的條件下,有最大輸出功率為3.77W,其斜率效率和光學(xué)轉(zhuǎn)換效率為14%和25.6%;脈沖重復(fù)速率為1KHz時(shí),獲得最窄脈沖寬度69.9ns。激光器輸出波長(zhǎng)2056.59nm,該波長(zhǎng)主動(dòng)調(diào)Q脈沖Tm,Ho:LuVO_4激光器可應(yīng)用于特種材料檢測(cè)。在被動(dòng)調(diào)Q Tm,Ho:LuVO_4激光器實(shí)驗(yàn)研究中,以二維材料石墨烯為飽和吸收體設(shè)計(jì)了新型飽和吸收鏡,研究了被動(dòng)調(diào)Q模式運(yùn)轉(zhuǎn)Tm,Ho:LuVO_4激光器的輸出鏡透過(guò)率、泵浦功率等對(duì)激光器輸出特性的影響。激光器最大單脈沖能量40.4μJ,最大輸出功率1034mW,最窄脈沖寬度300ns;激光輸出波長(zhǎng)2057.03nm,該波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q Tm,Ho:LuVO_4激光器可為遙感監(jiān)測(cè)提供一種新的光源。本研究獲得了一種2μm波段的新型連續(xù)激光輸出和兩種2μm波段的新型脈沖激光輸出,為醫(yī)療儀器、材料檢測(cè)、遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域提供了三種新型高質(zhì)量激光光源。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

4連續(xù)激光器的輸出波長(zhǎng)如圖3-13所示，連續(xù)波輸出波長(zhǎng)為2075.72nm，該波長(zhǎng)可用作醫(yī)療檢測(cè)儀器的 光 源 。 激 光 器 主 動(dòng) 調(diào) Q 模 式 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 其 輸 出 波 長(zhǎng) 光 譜 范 圍2074.60~2077.37nm，相應(yīng)的光譜寬度為2.77nm。

Ho:LuVO4主動(dòng)調(diào) Q 激光器的輸出波長(zhǎng)ig.4-7 The output wavelength of the actively Q-switched Tm,Ho:LuVO4la光束質(zhì)量的測(cè)量2

圖 4-8 最高輸出功率下 Tm,Ho:LuVO4激光器的 2-d 和 3-d 近場(chǎng)強(qiáng)度分布Fig.4-8 2-d and 3-d near-field intensity distribution of the Tm, Ho: LuVO4laser at thehighest output power
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