论文摘要
产生2微米激光的Ho激光器可以应用于医学、相干多普勒雷达以及中红外OPO等领域。由于Ho激光器一般在商用二极管激光器波段处吸收截面较小,过去常采用Tm敏化Ho的方法获得Ho3+的激光跃迁,但这种方法在室温下晶体热负载严重,激光效率低。相比而言,使用Tm固体激光器带内泵浦Ho:YLF可以在室温下获得较高功率的激光输出。理论方面,分析了Tm和Ho的能级跃迁过程,从速率方程出发,推导出计算包含基态损耗和上转换损耗的激光器功率的方法,并用该方法建立了Ho激光器的模型;随后分析了激光运行时晶体内的温度分布,进而得到晶体内的波尔兹曼因子空间分布情况,并对Tm:YAP激光器中由热引起的功率下降问题进行了理论计算。实验方面,首先使用中心波长795nm的光纤耦合半导体激光器泵浦单晶体Tm:YAP,在LD功率为41.5W时获得10W的激光输出,斜率效率34%;随后使用双晶体Tm:YAP进行实验,在使用平镜作谐振腔高反镜时,考察了腔长及输出镜透过率对激光功率的影响,在最佳腔长及透过率的情况下,获得23.4W的连续激光输出,此时激光波长为1.99μm。接着使用中心波长1940nm的体光栅代替原平镜作激光高反镜,并在腔内加入法布里-玻罗标准具,获得了最大输出功率20W,波长1940nm的π偏振激光,10W时测得光束质量因子M2约为2.2。随后,将该Tm激光器作为泵浦源,进行带内泵浦Ho:YLF的激光器实验,Ho:YLF晶体尺寸为5×32mm3,掺杂浓度0.5 at.%。连续激光实验中,对比了不同腔长、输出镜透过率以及温度下激光器的性能,获得了9.5W、中心波长2065nm、π偏振的激光;声光调Q激光实验中,重频分别设为10kHz和20kHz,且重频10kHz时,获得最大单脉冲能量为0.68mJ,对应脉宽175ns。