摻釹釓鎵石榴石晶體(Nd：GGG)激光特性研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光在醫(yī)療、軍事、工業(yè)、科學(xué)研究以及日常生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。LD泵浦的全固態(tài)激光器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、穩(wěn)定性好等已成為目前激光器件的研究熱點(diǎn)。激光晶體是全固態(tài)激光器的重要組成部分。本論文采用光纖耦合激光二極管作泵浦源，研究了Nd：GGG和Nd：CLTGG晶體的連續(xù)波激光運(yùn)轉(zhuǎn)；利用聲光開(kāi)關(guān)、飽和吸收體Cr4+：YAG、Co2+：LMA和V3+：YAG等晶體分別作為腔內(nèi)調(diào)制元件，研究了Nd：GGG晶體1062n

2、m和1331nm的主動(dòng)、被動(dòng)調(diào)Q和調(diào)Q鎖模激光的脈沖輸出特性；利用KTP和LBO晶體作為腔內(nèi)倍頻元件研究了Nd：GGG晶體倍頻綠光和紅光激光調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)特性；對(duì)調(diào)Q及調(diào)Q鎖模激光的運(yùn)轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了理論模擬。具體內(nèi)容如下： （1）系統(tǒng)總結(jié)了Nd：GGG晶體的物理、化學(xué)、力學(xué)等基本性質(zhì)以及光譜特性、熒光光譜、吸收光譜、熒光壽命和發(fā)射截面等光學(xué)特性。對(duì)端面泵浦Nd：GGG晶體熱焦距、固有損耗和熱致?lián)p耗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并從理論上進(jìn)行了計(jì)算。實(shí)

3、驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果基本相符。 （2）對(duì)LD端面泵浦Nd：GGG晶體的1062nm、1331nm和938nm連續(xù)激光輸出特性進(jìn)行了研究。對(duì)于1062nm連續(xù)波激光器，能得到最大13.2W的連續(xù)激光輸出，光-光轉(zhuǎn)換效率為46.1％；對(duì)于1331nm連續(xù)輸出激光器，最高輸出功率為2.1W，相應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為19％；對(duì)于938nm連續(xù)激光輸出，得到了200mW的連續(xù)激光輸出，光-光轉(zhuǎn)換效率為2.3％。 （3）對(duì)Nd：GGG晶體

4、1062nm的聲光調(diào)Q激光運(yùn)轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。獲得的最大平均輸出功率為2.34W，最大的脈沖能量和峰值功率分別為366μJ和12.9kW，對(duì)應(yīng)的最短脈沖寬度為28ns；用V型腔研究了Nd：GGG晶體的1062nm的聲光調(diào)Q鎖模激光特性，得到的最大平均輸出功率為3.32W，鎖模效率最大為30.2％。并進(jìn)行了理論模擬，理論值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合。用V型腔研究了Nd：GGG晶體的聲光調(diào)Q鎖模倍頻激光特性。得到最大綠光輸出功率為660mW，倍頻

5、效率為27％。 （4）用V型腔研究了Nd：GGG晶體的1331nm的聲光調(diào)Q鎖模激光特性。最大輸出功率1.73W；調(diào)Q鎖模轉(zhuǎn)化效率為13.3％。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)研究了Nd：GGG晶體聲光調(diào)Q鎖模1331nm LBO倍頻紅光，最大輸出功率為378mW，獲得最短脈寬為229ns；用KTP晶體倍頻，獲得最大紅光輸出功率為366mW，最短脈沖寬度為226ns。并分別進(jìn)行了理論模擬，理論值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合。 （5）用Cr4+：YAG晶體

6、做飽和吸收體，對(duì)LD端面泵浦Nd：GGG晶體的被動(dòng)調(diào)Q激光特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。Cr4+：YAG晶體的小信號(hào)透過(guò)率為90％和85％時(shí)，得到了最大的調(diào)Q平均輸出功率分別為2.87W和2.63W，而此時(shí)連續(xù)最大輸出功率為3.39W，從連續(xù)到調(diào)Q的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到了84.7％和77％。在小信號(hào)透過(guò)率為70％時(shí)，得到了最窄的脈沖4ns，相應(yīng)的最大的單脈沖能量為206μJ，最大峰值功率為51.6kW。 （6）用Co2+：LMA晶體做飽和

7、吸收體，對(duì)Nd：GGG晶體的1331nm被動(dòng)調(diào)Q激光特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。得到最大平均輸出功率為183mW，對(duì)應(yīng)的光光轉(zhuǎn)化效率為5.6％，最短脈沖為16.4ns，最大單脈沖能量為21.4μJ。用V3+：YAG晶體被動(dòng)調(diào)Q1331nm激光，得到最大輸出功率為460mW，光轉(zhuǎn)換效率為5.6％。得到的最短脈沖為19ns，最大單脈沖能量為11.8μJ，峰值功率為0.65kW。 （7）Cr4+：YAG晶體作為飽和吸收體，對(duì)Nd：GGG

8、晶體1062nm調(diào)Q鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。小信號(hào)透過(guò)率為85％時(shí)，鎖模效率為15％，最大平均功率為1.38W，此時(shí)重復(fù)頻率為27kHz，脈沖能量為51μJ。小信號(hào)透過(guò)率為76％時(shí)，鎖模效率為10％，最大功率為0.7W，重復(fù)頻率為11kHz，脈沖能量為65μJ，估算鎖模脈寬為348ps。并進(jìn)行了理論模擬，理論值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合。 （8）分別用Co2+：LMA和V3+：YAG晶體作為飽和吸收體，對(duì)Nd：GGG晶體1331nm被

9、動(dòng)調(diào)Q鎖模激光特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。Co2+：LMA小信號(hào)透過(guò)率為81％，鎖模效率為1.4％，得到最大調(diào)Q鎖模平均功率為103mW，最大調(diào)Q脈沖能量為8.4μJ。估算鎖模脈寬為446ps。V3+：YAG晶體的小信號(hào)透過(guò)率為94％，得到了最大的調(diào)Q鎖模平均功率為410mW，鎖模效率為5.5％，最大脈沖能量為8.3μJ。估算鎖模脈沖的寬度約為750ps。并進(jìn)行了理論模擬，理論值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合。 （9）總結(jié)了石榴石無(wú)序結(jié)構(gòu)晶體Nd：C

10、LTGG的物理性質(zhì)和光譜特性，實(shí)驗(yàn)研究了Nd：CLTGG晶體在1.06μm的連續(xù)和Cr4+：YAG被動(dòng)調(diào)Q的激光特性。對(duì)于連續(xù)波激光運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出功率為1.32W，斜效率為17.1％。采用小信號(hào)透過(guò)率為95％的Cr4+：YAG作為被動(dòng)調(diào)Q晶體，獲得最大平均功率為91mW，光-光效率為2.8％，此時(shí)最短脈沖為16.3ns，重復(fù)頻率為2.59kHz，脈沖能量和峰值功率分別是35.1μJ和2.16kW。 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作包括：

11、（1）首次對(duì)LD端面泵浦Nd：GGG晶體熱焦距、固有損耗和熱致?lián)p耗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并從理論上進(jìn)行了計(jì)算。 （2）分別用直腔和V型腔研究了Nd：GGG晶體1062nm和1331nm聲光調(diào)Q及聲光調(diào)Q鎖模的激光特性，并分別研究了它們的倍頻激光特性。 （3）分別利用Cr4+：YAG、Co2+：LMA和V3+：YAG晶體對(duì)Nd：GGG晶體進(jìn)行被動(dòng)調(diào)Q及被動(dòng)調(diào)Q鎖模1062nm和1331nm的激光運(yùn)轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。