本文關(guān)鍵詞：面向可見(jiàn)光波段激光產(chǎn)生的稀土摻雜氟化物玻璃研究

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【摘要】：可見(jiàn)光激光的獨(dú)特特性使其在醫(yī)療、消費(fèi)電子、國(guó)防安全等領(lǐng)域具有不可替代的應(yīng)用�；谙⊥翐诫s氟化物玻璃的直接發(fā)射型激光器不僅具有高效耐用緊湊的優(yōu)勢(shì),還可寬帶調(diào)諧和多波長(zhǎng)輸出。然而,除紅光波段外的其它波段的激射效率較低,并且有利于高功率單模激射的玻璃波導(dǎo)型激光器的效率遠(yuǎn)低于光纖波導(dǎo)型。本論文圍繞分析和提升直接發(fā)射型激光器效率的總目標(biāo),開(kāi)發(fā)了光譜和激光性能分析軟件包,并系統(tǒng)性的研究了多種玻璃的光譜和激光特性,主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新性研究成果如下:(1)對(duì)于Pr:ZBLAN玻璃:紅光波段(635nm)強(qiáng)烈的增益競(jìng)爭(zhēng)是限制源于3P0+3P1+1I6熱耦合能級(jí)橙光(603nm)激光器件效率的關(guān)鍵因素。InF基質(zhì)可以抑制ZBLAN基質(zhì)中的3P0→3F2主導(dǎo)紅光躍遷,有利于降低橙光激射系統(tǒng)對(duì)腔鏡要求和激射閾值。波導(dǎo)損耗大,耦合進(jìn)波導(dǎo)的泵浦功率低,芯徑大共同成為基于玻璃波導(dǎo)可見(jiàn)光激光器至今未能激射的限制性因素。(2)對(duì)于Ho:ZBLAN玻璃:上能級(jí)極高的多聲子衰減(MP)速率,重吸收,泵浦波長(zhǎng)與能級(jí)間距失配共同成為制約基于該玻璃的可見(jiàn)光激光器發(fā)展的重要因素。我們提出了449nm下轉(zhuǎn)換泵浦和更低聲子能量玻璃基質(zhì)(如InF)的方案,發(fā)現(xiàn):當(dāng)無(wú)輻射躍遷速率降低為零,泵浦波長(zhǎng)由484nm時(shí)轉(zhuǎn)為449nm時(shí),閾值功率將分別降低70%和80%左右。(3)對(duì)于Er:ZBLAN玻璃:小吸收截面和較高的MP速率共同成為制約上轉(zhuǎn)換泵浦型可見(jiàn)光激光器發(fā)展的重要因素。我們提出了487nm下轉(zhuǎn)換泵浦和更低聲子能量玻璃基質(zhì)的方案。發(fā)現(xiàn)通過(guò)降低MP,最高可使閾值降低約20-40%。盡管充分優(yōu)化后的綠光激射的斜效率高達(dá)80%,較小的吸收截面使得閾值功率在波導(dǎo)損耗增加時(shí)大幅提升,需進(jìn)一步探索提高摻雜濃度對(duì)上能級(jí)壽命和激射閾值的影響。(4)對(duì)于Tm:ZBLAN玻璃:小泵浦吸收截面,泵浦波長(zhǎng)與能級(jí)間距失配導(dǎo)致所需波導(dǎo)長(zhǎng)度高達(dá)數(shù)米;大摻雜濃度下強(qiáng)烈的離子間相互作用使1G4上能級(jí)粒子布居數(shù)和能級(jí)壽命大幅降低。我們提出使用具有大吸收截面的355nm紫外激光激發(fā)1D2能級(jí)獲得藍(lán)光躍遷,并發(fā)現(xiàn):在2mol%的高摻雜濃度下,離子間相互作用對(duì)1D2能級(jí)影響大幅降低。(5)對(duì)于Tb:ZBLAN玻璃:盡管能級(jí)壽命在毫秒級(jí),極小的吸收和發(fā)射截面使得當(dāng)摻雜濃度為0.5 mol%時(shí),最優(yōu)波導(dǎo)長(zhǎng)度高達(dá)1-5m,并且波導(dǎo)損耗對(duì)閾值功率影響巨大。我們提出使用355nm光源泵浦高摻Tb:ZBLAN光纖來(lái)降低閾值功率,發(fā)現(xiàn)對(duì)于0.5 mol%和5 mol%的波導(dǎo),最小閾值降低幅度分別高達(dá)45%和73%。(6)對(duì)于Sm:ZBLAN玻璃:盡管400nm附近具有理想的吸收截面,上能級(jí)壽命高達(dá)4.35ms,然而發(fā)射截面比Pr:ZBLAN低兩個(gè)量級(jí)。充分優(yōu)化后的橙光激射效率與Pr:ZBLAN紅光激射相當(dāng),然而波導(dǎo)參數(shù)對(duì)激射閾值和效率影響很大。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ171.1;TN249
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本文編號(hào)：1282474