LD泵浦釩酸鹽晶體被動(dòng)調(diào)Q微型激光器研究.pdf_第1頁(yè)
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1、激光二極管泵浦微片激光器由于具有體積小、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、全固化、效率高、光束質(zhì)量好、易實(shí)現(xiàn)單縱模輸出及運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì),已成為固體激光器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。微片激光器與被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)相結(jié)合可以研制出小型的短脈沖激光器。由于激光二極管泵浦被動(dòng)調(diào)Q微片激光器腔長(zhǎng)較短造成光子在腔內(nèi)往返時(shí)間較短,容易實(shí)現(xiàn)脈寬為納秒級(jí)乃至亞納秒級(jí)、重復(fù)頻率達(dá)千赫茲以上、峰值功率為千瓦量級(jí)、單脈沖能量微焦耳量級(jí)的短脈沖輸出。它在遠(yuǎn)程測(cè)量、三維成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、微機(jī)械

2、、微型手術(shù)等方面將有十分廣泛的應(yīng)用前景。 摻釹釩酸鹽系列晶體,如Nd:YVO4,Nd:GdVO4和Nd:LuVO4,因其具有寬的吸收帶寬、大的吸收和發(fā)射截面以及偏振輸出等特性,在眾多的激光材料中脫穎而出,成為中小功率連續(xù)激光器特別是微片激光器中的理想增益介質(zhì)。Nd:LuxGd1—xVO4(0

3、勻加寬,從而使發(fā)射截面變小、熒光壽命增大、能量存儲(chǔ)的能力增強(qiáng),有利于在調(diào)Q激光領(lǐng)域的應(yīng)用。 本論文采用光纖耦合輸出的激光二極管作泵浦源,研究了Nd:LuVO4、Nd:GdVO4微片的連續(xù)輸出特性并優(yōu)化了其連續(xù)激光輸出;著重對(duì)比研究了以Cr4+:YAG作為可飽和吸收體的Nd:LuVO4、Nd:GdVO4及Nd:Lu0.14Gd0.86VO4微片被動(dòng)調(diào)Q輸出特性,獲得了短的調(diào)Q脈沖激光輸出。主要研究工作及結(jié)論如下: 實(shí)驗(yàn)研究

4、了不同Nd3+摻雜濃度,不同通光長(zhǎng)度,不同輸出透過率的a—cutNd:LuVO4微片的連續(xù)1.06μm激光的輸出特性。在高功率泵浦下,可以獲得的最大光—光轉(zhuǎn)換效率為44.4%,最大斜效率為44.65%,最高輸出功率為9.7 W。同時(shí)對(duì)a—cut Nd:GdVO4連續(xù)1.06μm微片激光器的輸出特性進(jìn)行了研究,在23.9W的泵浦下,激光器的光—光轉(zhuǎn)換效率和斜效率分別為42.3%和42.6%,最高輸出功率達(dá)到10.1 W。證明了Nd:LuV

5、O4、Nd:GdVO4晶體非常適合作為L(zhǎng)D泵浦的高效微片激光器的增益介質(zhì)。 采用Nd3+摻雜濃度1 at.%,厚度1.5 mm的a向切割Nd:LuVO4微片,利用初始透過率為61%的Cr4+:YAG可飽和吸收體和透過率為20%的平面輸出鏡,獲得最大單脈沖能量92.8μJ,最短脈寬3.3 nS,最高重復(fù)頻率24.8 kHz的被動(dòng)調(diào)Q輸出。這是已知的以Nd:LuVO4為增益介質(zhì)獲得的最短調(diào)Q脈沖。 對(duì)Nd3+摻雜濃度0.5

6、at.%,厚度1 mm的a向切割Nd:LuVO4微片的被動(dòng)調(diào)Q研究發(fā)現(xiàn),讓Cr4+:YAG兼作調(diào)Q元件和諧振腔的輸出鏡,將腔長(zhǎng)縮短至5~6mm,可以更容易實(shí)現(xiàn)被動(dòng)調(diào)Q輸出,且有更優(yōu)的調(diào)Q性能。采用初始透過率為77%和輸出透過率為15%的Cr4+:YAG,獲得最高重復(fù)頻率23.95 kHz,最大單脈沖能量21.21μJ,最短脈寬4.5 ns,最高峰值功率4.71kW的被動(dòng)調(diào)Q輸出。 在同樣的諧振腔結(jié)構(gòu)和可飽和吸收體條件下,研究了N

7、d3+摻雜濃度0.5 at.%,厚度1 mm的a向切割Nd:GdVO4微片的被動(dòng)調(diào)Q特性,獲得最大單脈沖能量44.59μJ,最短脈寬2.9 ns,最高峰值功率15.38 kW的調(diào)Q脈沖。這是已知的采用a—cut Nd:GdVO4為增益介質(zhì)和Cr4+:YAG為飽和吸收體獲得的最短調(diào)Q脈沖。 利用相同的腔結(jié)構(gòu)和可飽和吸收體,研究了Nd3+摻雜濃度0.5 at.%,厚度2m/n的a向切割Nd:Lu0.14Gd0.86VO4混晶微片的被

8、動(dòng)調(diào)Q性能,獲得最大單脈沖能量119.54μJ,最短脈寬2.2 ns,最高峰值功率54.34 kW的調(diào)Q脈沖。這是已知的以Nd:LuxGd1—xVO4混晶為增益介質(zhì)獲得的最短調(diào)Q脈沖。 通過比較發(fā)現(xiàn),Nd:Lu0.14Gd0.86VO4混晶由于發(fā)射截面較小,能量存儲(chǔ)能力較強(qiáng),可以獲得較大的單脈沖能量,而且從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看也容易獲得較短的脈寬和較高的峰值功率。而Nd:LuVO4則因大的發(fā)射截面縮短了“漂白”可飽和吸收體的時(shí)間間隔,更

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