20120625-2012屆本科畢業(yè)論文-LD端面泵浦Tm-YLF連續(xù)激光器的輸出特性分析

LD端面泵浦Tm:YLF連續(xù)

激光器的輸出特性分析目錄124

緒論Tm:YLF激光器的根本理論

晶體參數對激光器輸出特性影響分析3

輸出鏡透過率對激光器輸出特性影響分析5

總結第一章緒論2μm,大氣窗口

醫(yī)學診斷和治療

激光成像光電對抗Tm:YLF環(huán)境監(jiān)測

遙感探測

國外研究現狀1991年，B.T.Mcguckin等人用二極管端面泵浦6%Tm，0.4%Ho:YLF調Q激光器，輸出功率為84mW，光轉換效率是42%，斜率效率是60%,重頻為150Hz1999年，L.A.Pomeran等人在室溫下，用二極管激光器泵浦3%，Tm:YLF對于Tm:YLF，激光器的閾值是5.8W，輸出波長是1.91μm。輸出最大功率是21.8W，斜率效率是42%，光轉化效率是37%。2002年，MulugetaPetrosaJirongYub等人采用“V"型折疊腔，二極管陣列脈沖泵浦Tm:YLF，，獲得300mJ的1.9μm激光輸出，斜率效率29%，光光轉換效率20%。2005年，J.I.Mackenzie,S.So等比較了摻雜濃度分別2%,4%,6%的Tm:YLF晶體的激光性能晶體均為相同直徑的棒，結果說明摻雜濃度為4%的晶體性能最為出色，斜率效率到達43%。1993年上海光機所實現了激光二極管泵浦Tm,Ho雙摻雜的2.0μm激光輸出。安徽光機所進行了閃光燈泵浦的脈沖單縱模Cr,Tm,Ho:YAG激光器的研究。20212021年清華與哈工大的L.Huang，M.Gong等人在室溫下使用二極管雙面泵浦激光器，在泵浦功率為26.2W時，得到輸出功率為5.6W，斜率效率高達37.8%。2021中科大和上海交大的程小勁,徐劍秋等人使用摻雜Tm濃度為3.5%的晶體,當泵浦功率為220W時,得到最大輸出功率為50.2W，斜率效率為26.6%。2021

國內研究現狀20211993第一章緒論本論文研究目的：

本論文對影響Tm:YLF激光器輸出特性的各相關參數進行研究，模擬晶體長度，晶體摻雜濃度以及輸出鏡透過率對輸出特性的影響，為研究Tm激光器提供理論依據。目錄124

緒論Tm:YLF激光器的根本理論

晶體參數對激光器輸出特性影響分析3

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總結第二章Tm:YLF激光器的根本理論1.Tm系統(tǒng)的上轉換效應

能量傳遞上轉換效應是處于激光上能級的兩個粒子相互作用，一個上能級粒子躍遷到下能級，釋放的能量被另一個粒子吸收，得到能量的粒子從激光上能級躍遷到更高的能級。第二章Tm:YLF激光器的根本理論2.Tm:YLF激光器速率方程

圖2-2Tm:YLF激光器低四位能級圖第二章Tm:YLF激光器的根本理論由于：得到：第二章Tm:YLF激光器的根本理論最后：目錄124

緒論Tm:YLF激光器的根本理論

晶體參數對激光器輸出特性影響分析3

輸出鏡透過率對激光器輸出特性影響分析5

總結第三章晶體參數對激光器輸出特性影響分析

對于LD端面泵浦Tm:YLF連續(xù)激光器，主要有晶體摻雜濃度、晶體長度、輸出鏡透過率對輸出特性造成影響。

(1)晶體長度對閾值功率的影響:Tm:YLF激光器閾值功率表達式為

第三章晶體參數對激光器輸出特性影響分析通過文獻總結:參數名稱參數數值晶體吸收泵浦光的效率0.4862諧振腔的固有損耗0.05300K下，激光上能級的波爾茲曼因子0.517300K下，激光下能級的波爾茲曼因子0.1831.91μm發(fā)射截面cm2增益橫截面積cm2激光上能級壽命11.2ms對780nm的吸收系數1.59cm-1第三章晶體參數對激光器輸出特性影響分析設定晶體的摻雜濃度為4%，輸出耦合鏡透過率為26%

經過模擬分析得：閾值功率隨晶體長度的增大而增大。設定晶體長度分別為8mm，12mm，24mm時，閾值功率分別為:7.2441W，7.2472W和7.2565W。圖3-2閾值功率隨晶體長度的變化關系第三章晶體參數對激光器輸出特性影響分析(2)晶體長度對輸出功率的影響

設定晶體的摻雜濃度為4%，輸出耦合鏡透過率為26%，晶體長度分別為8mm，12mm，24mm。圖3-3不同晶體長度下泵浦功率與輸出功率的關系曲線由該圖的模擬分析，為使得閾值較低，理論上得到的二極管端面泵浦結構的晶體最正確長度為8mm。但實際情況并非這樣，這是因為晶體的長度還受到晶體摻雜濃度的影響。一般來說，晶體摻雜濃度越大，晶體的長度應該越小。第三章晶體參數對激光器輸出特性影響分析(3)晶體摻雜濃度對閾值功率的影響設定晶體長度為12mm，輸出耦合鏡透過率為26%經過模擬分析得：閾值功率隨晶體摻雜濃度的增大而增大。設定晶體摻雜濃度分別為2%，4%，6%時，閾值功率分別為:

7.2425W，7.2472W和7.2519W.圖3-4閾值功率隨晶體摻雜濃度的關系第三章晶體參數對激光器輸出特性影響分析(4)晶體摻雜濃度對輸出功率的影響設定晶體的長度為12mm，輸出耦合鏡透過率為26%，晶體摻雜濃度分別為2%，4%，6%。圖3-5不同摻雜濃度下泵浦功率與輸出功率的關系由該圖的模擬分析，為使閾值較低，理論上得到的晶體最正確摻雜濃度為2%，但是發(fā)現摻雜濃度為4%的晶體的閾值最低。這種現象出現的主要原因是交叉弛豫作用的影響.目錄124

緒論Tm:YLF激光器的根本理論

晶體參數對激光器輸出特性影響分析3

輸出鏡透過率對激光器輸出特性影響分析5

總結第4章輸出鏡透過率對Tm:YLF激光器輸出特性影響輸出鏡透過率也對Tm:YLF激光器輸出特性產生影響?！?〕輸出鏡透過率對Tm:YLF激光器閾值功率的影響設定晶體長度為12mm，晶體摻雜濃度為4%圖4-1閾值功率隨輸出鏡反射率的關系經過模擬分析得：激光器的閾值功率隨輸出鏡的透過率增大而增大。設定輸出耦合鏡透過率分別為5%，9.5%，13.5%，26%時，閾值功率分別為:2.0977W，3.0975W，4.0293W和7.2472W。第4章輸出鏡透過率對Tm:YLF激光器輸出特性影響〔2〕輸出鏡透過率對Tm:YLF激光器斜率效率的影響圖4-2斜率效率隨輸出鏡反射率的關系經過模擬分析得：激光器的斜率效率隨輸出鏡的反射率的增大呈現先緩慢增大后迅速減小的關系,為了閾值功率較低，可以選定輸出耦合鏡透過率分別為5%，9.5%，13.5%，26%(即輸出鏡反射率分別為95%，90.5%，86.5%和74%時),激光器輸出特性中的斜率效率分別為:0.3516，0.4625，0.5157和0.5912，同時閾值功率控制在較低水平。(3)輸出鏡透過率對Tm:YLF激光器輸出功率的影響設定晶體的摻雜濃度為4%，晶體長度為12mm，激光器輸出耦合鏡的輸出耦合鏡的透過率分別為：5%，9.5%，13.5%，26%圖4-3不同輸出鏡透過率下泵浦功率與輸出功率的關系由該圖模擬分析，為使斜率效率較高，同時使得閾值功率較小，理論上得到輸出耦合鏡的最正確透過率為26%左右〔即輸出鏡反射率為74%〕。目錄124

緒論Tm:YLF激光器的根本理論

晶體參數對激光器輸出特性影響分析3

輸出鏡透過率對激光器輸出特性影響分析5

總結第5章結論全文具體完成了以下方面的內容：1．歸納了LD端面泵浦Tm:YLF連續(xù)激光器的研究進展，指出目前英國南安普頓大學對Tm:YLF激光器的研究最為領先，利用平凹腔結構，用LD激光器端面泵浦摻雜濃度為4%的晶體，得到激光器的斜率效率為43%。2．給出了Tm:YLF激光器的速率方程以及輸出功率對泵浦功率的表達式?？偨Y出主要有晶體長度，晶體摻雜濃度和輸出耦合鏡透射率這三個因素影響Tm:YLF激光器的輸出特性，理論上，摻雜濃度越低，晶體長度越長，輸出鏡透過率越小，閾值功率越低。3．對各因素進行了理論分析，模擬出不同晶體長度，摻雜濃度，輸出鏡透過率下激光器的輸出特性。最終給出晶體最正確摻雜濃度為4%，晶體最正確長度為12mm和輸出鏡最正確透過率為26%。第5章結論進一步的工作展望：通過查閱文獻發(fā)現，采取措施防止水的吸收峰以及改變泵浦方式使晶體受熱更加均勻，激光器的輸出功率和斜率效率仍然可以提高，上述兩點將是未來的工作重點。參考文獻[1]李玉峰.二極管泵浦單摻固體激光器研究[D].哈爾濱,哈爾濱工業(yè)大學,2021.[2]龍井宇.固體紅外激光器理論與實驗研究[D].西安,西北大學,2021.[3]HamitKalaycioglu，AlphanSennaroglu，AdnanKurt..InfluenceofDopingConcentrationonthePowerPerformanceofDiode-PumpedContinuous-WaveTm3+:YAlO3Lasers[J].IEEEJOURNALOFSELECTEDTOPICSINQUANTUMELECTRONICS,2005,11(3).[4]段小明．激光二極管泵浦Tm:YLF激光器的實驗研究[D].哈爾濱,哈爾濱工業(yè)大學,2007.[5]N.G.Zakharov，O.L.Antipov，A.P.Savikin，V.V.Sharkov，O.N.Eremeikin,Yu.N.Frolov，G.M.Mishchenko，S.D.Velikanov.Efficientemissionat1908nminadiode-pumpedTm:YLFlaser[J].QuantumElectronics,2021,39(5):410-414.[6]B.Q.Yao,?L.Ke，X.M.Duan，G.Li，X.T.Yang，Y.L.Ju，andY.Z.Wang．Stablewavelength,narrowlinewidthdiode-pumpedTm:YLFlaserwithdoubleetalons[J].LaserPhys,2021,6(8):563–566.[7]李靜,楊蘇輝,張海洋,趙長明.高效率激光二極管抽運Tm:YAP激光器實驗研究[J].中國激光,2021,37(4):15-20.[8]XiaojinCheng,JianqiuXu,YinHang,GuangjunZhaoandShuaiyiZhang.High-powerdiode-end-pumpedTm:YAPandTm:YLFslablasers[J].CHINESEOPTICSLETTERS,2021.參考文獻[9]GunnarRustadandKnut.Stenersen.ModelingofLaser-PumpedTmandHoLasersAccountingforUpconversionandGround-StateDepletion[J].IEEEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICS,1996,32(9).[10]M.Pollnau,*P.J.Hardman,M.A.Kern,W.A.Clarkson,andD.C.Hanna.Upconversion-inducedheatgenerationandthermallensinginNd:YLFandNd:YAG[J].PHYSICALREVIEWB,1998.[11]張新陸,王月珠,李立,崔金輝,鞠有倫.端面抽運Tm,HoBYLF連續(xù)激光器的參數優(yōu)化與實驗研究[J].物理學報,2021,57(6).[12]胡學浩,魏磊,韓隆,王克強.激光二