单掺Ho：YAP晶体光谱特性和激光实验研究

论文摘要

钬激光器的输出波长处于大气窗口、水的强吸收带和人眼安全区,可用于激光医疗、光电对抗、激光测距和激光雷达等领域,也可以作为光学参量振荡和光学参量放大的抽运源,从而实现更长波段的中红外输出。采用Tm激光器泵浦Ho激光器系统,可以在常温下实现2μm高功率激光输出。本论文从光谱特性和激光实验方面对Ho:YAP晶体进行了研究。在理论和光谱特性方面,本文介绍了光致发光理论、晶体场理论、Judd-Ofelt理论和速率方程理论。测量了Ho:YAP晶体常温下的吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt理论计算了Ho:YAP晶体的J-O强度参数、谱线强度、自发辐射寿命、有效吸收截面和积分发射截面,并根据F-L公式,计算了Ho3+离子在YAP晶体中的有效发射截面,并根据Ho3+离子的有效吸收截面和有效发射截面,计算出Ho:YAP晶体的增益截面。Ho:YAP晶体的J-O数为:Ω2=1.85×10-20,Ω4=4.08×10-20,Ω6=2.32×10-20cm2,Ho3+离子5I7能级寿命为4.87ms。根据计算结果,分析了Ho:YAP晶体作为激光工作物质的发光特性。在激光实验方面,分别进行了以二极管激光器泵浦的Tm:YAP激光器、掺Tm3+光纤激光器和Tm:YLF激光器作为泵浦源的Ho:YAP激光器的实验研究。对于Tm:YAP激光器泵浦Ho:YAP激光器,当注入的泵浦光功率为4.98W时,获得最大输出功率为1.08W的连续激光输出;对于掺Tm光纤激光器泵浦Ho:YAP激光器,当注入的泵浦光功率为4.32W时,获得最大输出功率为0.41W的连续激光输出;对于Tm:YLF激光器泵浦Ho:YAP激光器,在连续运转情况下,获得最大输出功率为5.49W的激光输出,在重复频率为10kHz的调Q运转情况下时,获得最大单脉冲能量0.53mJ,相应的脉宽为27ns。当输出镜透过率大于14%时,使用上述任何一种泵浦源时Ho:YAP激光器输出波长均为2118nm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 激光医疗
• 1.1.2 光电对抗
• 1.1.3 激光测距
• 1.1.4 激光雷达
• 1.2 2μm 波段固体激光器研究进展
• 3+，Ho³⁺的铝酸盐激光器研究进展'>1.2.1 掺杂Tm³⁺，Ho³⁺的铝酸盐激光器研究进展
• 3+，Ho³⁺的氟化物激光器研究进展'>1.2.2 掺杂Tm³⁺，Ho³⁺的氟化物激光器研究进展
• 3+，Ho³⁺的钒酸盐激光器研究进展'>1.2.3 掺杂Tm³⁺，Ho³⁺的钒酸盐激光器研究进展
• 3+，Ho³⁺的其他晶体激光器研究进展'>1.2.4 掺杂Tm³⁺，Ho³⁺的其他晶体激光器研究进展
• 3+的光纤激光器研究进展'>1.2.5 掺杂Tm³⁺的光纤激光器研究进展
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 本文用到的一些基本理论
• 2.1 光致发光理论
• 2.1.1 固体激光工作物质
• 2.1.2 吸收光谱
• 2.1.3 荧光光谱和激发光谱
• 2.1.4 上转换发光
• 2.2 晶体场理论简介
• 2.3 Judd-Ofelt 理论
• 2.3.1 Judd-Ofelt 理论简介
• 2.3.2 Judd-Ofelt 理论在光谱计算中的应用
• 2.4 速率方程理论
• 2.5 本章小结
• 第3章 Ho:YAP 晶体光谱特性研究
• 3.1 Ho:YAP 晶体的吸收光谱
• 3.2 Ho:YAP 晶体的荧光光谱
• 3.3 Ho:YAP 晶体的能级结构
• 3.4 Judd-Ofelt 理论计算Ho:YAP 晶体的光谱参数
• 3.5 Ho:YAP 晶体有效吸收截面和发射截面计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 Ho:YAP 晶体激光实验研究
• 4.1 谐振腔稳定性及模式匹配分析
• 4.2 LD 泵浦Tm:YAP 激光器泵浦Ho:YAP 激光器实验
• 4.2.1 实验原理与装置
• 4.2.2 泵浦光源LD
• 4.2.3 晶体散热系统
• 4.2.4 实验结果与讨论
• 4.3 LD 泵浦掺Tm 光纤激光器泵浦Ho:YAP 激光器实验
• 4.3.1 实验原理与装置
• 4.3.2 光纤制冷
• 4.3.3 实验结果与讨论
• 4.4 LD 泵浦Tm:YLF 激光器泵浦Ho:YAP 激光器实验
• 4.4.1 实验原理与装置
• 4.4.2 实验结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢