论文摘要
随着激光技术的不断发展,激光在医疗、军事、工业、科学研究以及日常生活中的应用越来越广泛。LD泵浦的全固态激光器由于结构简单、效率高、稳定性好等已成为目前激光器件的研究热点。激光晶体是全固态激光器的重要组成部分。本论文采用光纤耦合激光二极管作泵浦源,研究了Nd:GGG和Nd:CLTGG晶体的连续波激光运转;利用声光开关、饱和吸收体Cr4+:YAG、Co2+:LMA和V3+:YAG等晶体分别作为腔内调制元件,研究了Nd:GGG晶体1062nm和1331nm的主动、被动调Q和调Q锁模激光的脉冲输出特性;利用KTP和LBO晶体作为腔内倍频元件研究了Nd:GGG晶体倍频绿光和红光激光调Q运转特性;对调Q及调Q锁模激光的运转特性进行了理论模拟。具体内容如下:（1）系统总结了Nd:GGG晶体的物理、化学、力学等基本性质以及光谱特性、荧光光谱、吸收光谱、荧光寿命和发射截面等光学特性。对端面泵浦Nd:GGG晶体热焦距、固有损耗和热致损耗进行了实验测量,并从理论上进行了计算。实验结果和理论结果基本相符（第二章）。（2）对LD端面泵浦Nd:GGG晶体的1062nm、1331nm和938nm连续激光输出特性进行了研究。对于1062nm连续波激光器,能得到最大13.2W的连续激光输出,光-光转换效率为46.1%;对于1331nm连续输出激光器,最高输出功率为2.1W,相应的光-光转换效率为19%;对于938nm连续激光输出,得到了200mW的连续激光输出,光-光转换效率为2.3%（第三章）。（3）对Nd:GGG晶体1062nm的声光调Q激光运转特性进行了实验研究。获得的最大平均输出功率为2.34W,最大的脉冲能量和峰值功率分别为366μJ和12.9kW,对应的最短脉冲宽度为28ns;用V型腔研究了Nd:GGG晶体的1062nm的声光调Q锁模激光特性,得到的最大平均输出功率为3.32W,锁模效率最大为30.2%。并进行了理论模拟,理论值与实验值基本吻合。用V型腔研究了Nd:GGG晶体的声光调Q锁模倍频激光特性。得到最大绿光输出功率为660mW,倍频效率为27%。（§4.2,§4.3,§4.4）（4）用V型腔研究了Nd:GGG晶体的1331nm的声光调Q锁模激光特性。最大输出功率1.73W;调Q锁模转化效率为13.3%。同时,实验研究了Nd:GGG晶体声光调Q锁模1331nm LBO倍频红光,最大输出功率为378mW,获得最短脉宽为229ns;用KTP晶体倍频,获得最大红光输出功率为366mW,最短脉冲宽度为226ns。并分别进行了理论模拟,理论值与实验值基本吻合。（§4.5,§4.6）（5）用Cr4+:YAG晶体做饱和吸收体,对LD端面泵浦Nd:GGG晶体的被动调O激光特性进行了理论和实验研究。Cr4+:YAG晶体的小信号透过率为90%和85%时,得到了最大的调Q平均输出功率分别为2.87W和2.63W,而此时连续最大输出功率为3.39W,从连续到调Q的转化率分别达到了84.7%和77%。在小信号透过率为70%时,得到了最窄的脉冲4ns,相应的最大的单脉冲能量为206μJ,最大峰值功率为51.6kW。（§5.2）（6）用Co2+:LMA晶体做饱和吸收体,对Nd:GGG晶体的1331nm被动调Q激光特性进行了理论和实验研究。得到最大平均输出功率为183mW,对应的光光转化效率为5.6%,最短脉冲为16.4ns,最大单脉冲能量为21.4μJ。用V3+:YAG晶体被动调Q 1331nm激光,得到最大输出功率为460mW,光转换效率为5.6%。得到的最短脉冲为19ns,最大单脉冲能量为11.8gJ,峰值功率为0.65kW。（§5.3,§5.4）（7）Cr4+:YAG晶体作为饱和吸收体,对Nd:GGG晶体1062nm调Q锁模运转特性进行了实验研究。小信号透过率为85%时,锁模效率为15%,最大平均功率为1.38W,此时重复频率为27kHz,脉冲能量为51μJ。小信号透过率为76%时,锁模效率为10%,最大功率为0.7W,重复频率为11kHz,脉冲能量为65μJ,估算锁模脉宽为348ps。并进行了理论模拟,理论值与实验值基本吻合。（§6.2）（8）分别用Co2+:LMA和V3+:YAG晶体作为饱和吸收体,对Nd:GGG晶体1331nm被动调Q锁模激光特性进行了实验研究。Co2+:LMA小信号透过率为81%,锁模效率为1.4%,得到最大调Q锁模平均功率为103mW,最大调Q脉冲能量为8.4μJ。估算锁模脉宽为446ps。V3+:YAG晶体的小信号透过率为94%,得到了最大的调Q锁模平均功率为410mW,锁模效率为5.5%,最大脉冲能量为8.3μJ。估算锁模脉冲的宽度约为750ps。并进行了理论模拟,理论值与实验值基本吻合。（§6.3,§6.4）（9）总结了石榴石无序结构晶体Nd:CLTGG的物理性质和光谱特性,实验研究了Nd:CLTGG晶体在1.06gm的连续和Cr4+:YAG被动调Q的激光特性。对于连续波激光运转,输出功率为1.32W,斜效率为17.1%。采用小信号透过率为95%的Cr4+:YAG作为被动调Q晶体,获得最大平均功率为91mW,光-光效率为2.8%,此时最短脉冲为16.3ns,重复频率为2.59kHz,脉冲能量和峰值功率分别是35.1μJ和2.16kW（第七章）。论文的主要创新工作包括:（1）首次对LD端面泵浦Nd:GGG晶体热焦距、固有损耗和热致损耗进行了实验测量,并从理论上进行了计算。（2）分别用直腔和V型腔研究了Nd:GGG晶体1062nm和1331nm声光调Q及声光调Q锁模的激光特性,并分别研究了它们的倍频激光特性。（3）分别利用Cr4+:YAG、Co2+:LMA和V3+:YAG晶体对Nd:GGG晶体进行被动调Q及被动调Q锁模1062nm和1331nm的激光运转特性进行了理论和实验研究。（4）总结了石榴石无序结构晶体Nd:CLTGG的物理性质和光谱特性,首次实现了Nd:CLTGG晶体在1.06gm的连续激光运转和Cr4+:YAG晶体被动调Q激光运转。
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