PM系列聚合物基质固体染料激光调谐及放大研究

论文摘要

染料激光具有波长调谐范围宽、输出功率高、吸收和增益易控制等优点,在医疗、遥感、光谱分析等领域得到广泛应用。与液体染料激光器相比,固态染料激光器结构紧凑、应用简便、无污染、成本低,得到了人们广泛青睐。本论文首先对可调谐固体染料激光器发展历程、研究进展及应用前景进行综述,然后对可调谐染料激光器的基本理论进行分析和讨论。在此基础上,以聚合物PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）为基质,制备了掺杂PM567、PM580、PM597等染料的固体激光介质。在调Q Nd: YAG激光倍频532nm泵浦条件下,对不同固体染料介质的荧光特性和宽带激光输出特性（激光谱和斜率效率）进行研究。实际应用中,通常要求可调谐染料激光具有窄线宽输出。本文选择光栅为调谐元件,分别采用自准直光栅和掠入射光栅谐振腔,对不同固体染料介质的调谐特性进行了研究。获得调谐范围覆盖543609nm、线宽小于0.2nm、斜率效率近52%激光输出,这是目前见报道效率最高的可调谐窄线宽染料激光。为同时得到窄线宽、高脉冲能量的可调谐固体染料激光,以掺杂PM567固体染料为增益介质,对窄线宽小信号染料激光的放大特性进行研究:（1）研究小信号增益与放大级泵浦功率密度关系,当注入放大级种子光为17.8μJ、泵浦光功率密度为0.19 MW/cm2时,获得高达213倍的放大增益;（2）研究不同泵浦能量条件下,放大级染料增益随注入种子光变化情况,得到泵浦能量为3.1mJ、注入种子光0.814μJ时,小信号增益72倍;（3）研究放大级提取效率与泵浦能量关系,放大级泵浦光能量4.8mJ、注入种子光0.45mJ时,经放大输出激光2.4mJ,最高达到40.5%提取效率。在上述研究的基础上,采用振荡-放大结构,进行窄线宽、高脉冲能量可调谐固体染料激光输出研究。当注入放大级种子光能量为94μJ、泵浦光能量为46mJ,获得562nm处输出窄线宽激光能量16mJ,种子光被放大170倍,放大级提取效率达到34.6%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 可调谐激光器分类及结构
• 1.2.1 可调谐激光器的分类
• 1.2.2 可调谐固体激光器结构及技术
• 1.3 可调谐固体染料激光器的进展
• 1.3.1 固体染料激光器研究国际进展
• 1.3.2 固体染料激光器研究国内进展
• 1.4 固体染料激光器的应用前景
• 1.5 课题来源及主要研究内容
• 第2章 可调谐染料激光器工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 宽带二能级系统的激光速率方程
• 2.3 脉冲染料激光器的放大条件
• 2.4 脉冲染料激光器的增益
• 2.5 光栅调谐染料激光器
• 2.5.1 光栅的分辨率
• 2.5.2 自准直光栅调谐染料激光器
• 2.5.3 掠入射光栅调谐染料激光器
• 2.6 本章小结
• 第3章 聚合物基质固体染料介质制备
• 3.1 引言
• 3.2 聚合物基质固体染料制备所需的材料
• 3.3 聚合物固体染料介质制备工艺流程
• 3.3.1 聚合单体的精制
• 3.3.2 引发剂AIBN的精制
• 3.3.3 聚合物基质固体染料介质的制备
• 3.4 本章小结
• 第4章 可调谐固体染料激光器实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 固体染料介质宽带输出特性研究
• 4.2.1 固体染料介质的荧光谱
• 4.2.2 宽带固体染料激光实验装置
• 4.2.3 固体染料介质的激光谱
• 4.2.4 固体染料激光输出与泵浦能量关系
• 4.2.5 宽带染料激光偏振特性
• 4.3 自准直光栅调谐固体染料激光器
• 4.3.1 实验装置
• 4.3.2 染料介质自准直调谐特性
• 4.3.3 自准直调谐输出激光脉冲波形
• 4.4 掠入射光栅调谐固体染料激光器
• 4.4.1 实验装置
• 4.4.2 染料介质掠入射调谐特性
• 4.4.3 掠入射调谐输出激光脉宽、线宽及光束发散角
• 4.4.4 窄带宽染料激光偏振特性
• 4.5 本章小结
• 第5章 固体染料激光放大研究
• 5.1 引言
• 5.2 固体染料激光介质放大特性研究
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 窄线宽固体染料激光放大输出特性研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢