1.6μm掺铒固体激光器激光特性研究

论文摘要

自从20世纪末以来,全球气候环境不断恶化,使得世界各国越来越迫切的需求大气风场相关数据来预防相应的灾害。相干多普勒激光测风雷达具有测量精度高,测风作用距离远等优点,使其目前已逐渐成为研究远距离大气风场的有效工具。1.6μm固体激光器由于其处于大气传输窗口波段及人眼安全波段等优点,目前已成为研究相干多普勒激光测风雷达光源的新热点。Er:YAG固体激光器可产生1645nm及1617nm激光输出,该波段位于大气传输及人眼安全波段,且1617nm激光可以避免空气中甲烷等气体对一般激光的吸收损耗,使得Er:YAG在相干多普勒雷达光源方面具有一定优势。本文从理论和实验两个方面对采用MgO:PPLN OPO调谐产生的1532nm激光作泵浦源泵浦的1.6μm Er:YAG激光器及调Q和单纵模特性进行了详细的研究。在理论上,首先建立了Er:YAG平凹腔的连续输出的准三能级速率方程。进而得出激光输出功率与泵浦功率之间关系,并讨论了Er3+掺杂浓度的影响。采用光参量震荡理论对掺MgO:PPLN OPO四镜直腔进行了理论分析,并进行了实验,产生的1532nm激光作为Er:YAG泵浦源,在泵浦功率为8W时,获得了最高功率797mW,波长1645nm的激光输出。采用腔内加F-P的方式获得了单纵模激光输出,并调谐波长获得了1617nm激光输出。采用声光调Q对Er:YAG进行试验,获得了重频100Hz、单脉冲能量1mJ、脉宽100ns以上的脉冲激光输出。并通过对Er:YAP进行低温实验,在77K条件下获得了1609nm及1623nm激光输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 大气风场测量
• 1.1.2 自动气象站
• 1.1.3 探空气球器
• 1.1.4 测风雷达
• 1.2 相干多普勒激光雷达发展现状
• 2 相干激光雷达'>1.2.1 10.6μm CO₂相干激光雷达
• 1.2.2 2μm相干激光雷达
• 1.2.3 1.6μm相干激光雷达
• 1.3 Er:YAG固体激光器简介
• 1.4 Er:YAG固体激光器国内外研究现状
• 1.5 本论文主要研究内容
• 第2章 Er:YAG 激光器速率方程理论及光谱分析
• 2.1 Er:YAG 晶体性能及能级结构
• 2.2 Er:YAG 的吸收发射谱
• 3+掺杂浓度对输出特性的影响'>2.3 Er³⁺掺杂浓度对输出特性的影响
• 2.4 Er:YAG 连续激光器速率方程理论分析
• 2.5 本章小节
• 第3章 MgO:PPLN 光参量振荡器
• 3.1 光参量振荡器
• 3.2 MgO:PPLN 晶体
• 3.3 光参量振荡器的基本理论
• 3.3.1 耦合波方程
• 3.3.2 影响参量光线宽的因素
• 3.4 MgO:PPLN OPO 四镜直腔理论分析及实验研究
• 3.5 本章小节
• 第4章 Er:YAG 激光器
• 4.1 Er:YAG 固体激光器直腔研究
• 4.2 透过率对激光输出特性的影响
• 4.3 谐振腔长对激光输出特性的影响
• 4.4 F-P 标准具法选单纵模及波长调谐
• 4.4.1 F-P 标准具法实现单纵模输出的理论分析
• 4.4.2 F-P 标准具法实现Er:YAG 单纵模选取及波长调谐的研究
• 4.5 Er:YAG 调Q 实验研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 Er:YAP 固体激光器
• 5.1 Er:YAP 固体激光器研究
• 5.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢