LD泵浦ErYb共掺全固态激光器设计及实验研究

论文摘要

激光二极管（LD）泵浦的固体激光器具有效率高、光束质量好、结构紧凑、寿命长等优点,在军事、医学、信息、科研等领域具有广泛的用途。其中,以掺铒玻璃为介质的激光器能发射1.54μm附近的激光,共掺Yb3+可以大大提高激光效率。这种激光器被广泛地应用于光通讯、光传感、人眼安全激光测距等方面。本文对LD端泵浦Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃固体激光器进行了理论分析和实验研究,获得最大30mW 1.54μm激光的输出,光-光转换效率1.6%。具体研究内容如下:1.根据速率方程理论建立1.54μm激光运转的速率方程模型,并推导出稳态工作时泵浦的阈值功率、输出功率、斜率效率。对Er3+/Yb3+激光三能级系统速率方程进行分析,得出腔长、输出镜的透过率、泵浦光斑半径、腔内往返损耗对输入输出功率关系及阈值的影响。得出激光运转的优化条件。2.指明了设计耦合透镜组的方式,得到了光腰位置、光腰半径随物距s1的变化关系;光腰位置、晶体内部平均泵浦光斑半径与耦合透镜焦距的变化关系。3.采用ABCD传输矩阵对有源平平腔,平凹腔进行数值计算,分析了谐振腔内激光光斑及腔体的稳定性。得出谐振腔内振荡光斑半径、稳定参数与输入功率、热透镜焦距的关系,稳定性参数与腔长的变化关系;确定谐振腔长度在20mm60mm内最稳定,泵浦功率小于10W时,平凹腔的稳定性优与平平腔,平凹腔内光斑半径ω的取值较小且变化较缓慢。4.在理论分析的基础上,以光纤耦合输出半导体激光器作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃为工作介质,成功地实现平平腔、平凹腔在常温下连续输出1.54μm激光。考虑到弯月型输出镜对于光束质量的改善作用,本文亦采用弯月型输出镜进行了实验,输入功率为3.05W时得到30mW的1.54μm激光的连续输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 LD 泵浦的固体激光器的发展过程
• 1.2 LD 泵浦的固体激光器的主要特点及应用前景
• 1.2.1 DPSSL 比传统的闪光灯泵浦的固体激光器具有的优点
• 1.2.2 DPSSL 与LD 本身比较所具有的优点
• 1.2.3 应用前景
• 1.3 1.54μm 的激光器研究进展
• 1.3.1 实现1.5μm 波段激光运转的技术及研究进展
• 1.3.2 LD 泵浦铒玻璃激光器的研究进展
• 1.3.3 应用前景
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 3+/Yb³⁺激光特性与速率方程分析'>第2章 Er³⁺/Yb³⁺激光特性与速率方程分析
• 3+/Yb³⁺共掺激光玻璃'>2.1 Er³⁺/Yb³⁺共掺激光玻璃
• 3+/Yb³⁺磷酸盐玻璃的物化特性'>2.1.1 共掺Er³⁺/Yb³⁺磷酸盐玻璃的物化特性
• 3+/Yb³⁺磷酸盐玻璃发光性质研究'>2.1.2 共掺Er³⁺/Yb³⁺磷酸盐玻璃发光性质研究
• 3+/Yb³⁺激光三能级系统速率方程理论'>2.2 Er³⁺/Yb³⁺激光三能级系统速率方程理论
• 3+/Yb³⁺共掺固体激光器的工作原理'>2.2.1 Er³⁺/Yb³⁺共掺固体激光器的工作原理
• 2.2.2 主要的吸收与跃迁过程
• 2.2.3 速率方程的建立与计算
• 3+/Yb³⁺激光输出特性分析'>2.2.4 Er³⁺/Yb³⁺激光输出特性分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 端泵浦耦合系统及激光器谐振腔设计
• 3.1 泵浦源的基本特性及控制
• 3.2 端泵浦耦合系统设计
• 3.2.1 光纤输出端口高斯光束q 参数的确定
• 3.2.2 双透镜耦合系统的设计
• 3+/Yb³⁺共掺激光谐振腔设计'>3.3 端泵浦Er³⁺/Yb³⁺共掺激光谐振腔设计
• 3.3.1 无源腔结构分析
• 3.3.2 有源腔特性分析
• 3.4 本章小结
• 3+/Yb³⁺玻璃激光器的实验研究'>第4章 LD 端泵浦Er³⁺/Yb³⁺玻璃激光器的实验研究
• 4.1 实验装置的建立
• 4.2 实验结果测试及分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢