Nd：LuVO-,4-、Nd：GdVO-,4-晶體微片LD端面泵浦激光性質(zhì)研究.pdf

1、激光二極管泵浦的固體激光器(Laser-diode pumped solid-state laser,簡(jiǎn)稱DPSSL)現(xiàn)已成為固體激光器的發(fā)展主流，是迄今唯一不需維護(hù)的激光系統(tǒng)，具有轉(zhuǎn)換效率高、輸出的光束質(zhì)量好、性能穩(wěn)定可靠、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)、科研、軍事、工業(yè)和娛樂裝飾等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。 DPSSL的發(fā)展與相應(yīng)新晶體的探索密切相關(guān)。目前最實(shí)用的激光晶體Nd:YAG存在著一些性能缺陷，如Nd:YAG具有窄的泵浦

2、吸收帶寬和較低的泵浦吸收截面等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)限制了它在DPSSL領(lǐng)域，特別是LD泵浦微片激光器中的應(yīng)用。摻釹釩酸鹽晶體是順應(yīng)DPSSL發(fā)展而開發(fā)的新型激光晶體材料。LuVO<,4>和GdVO<,4>兩種典型激光晶體，它們不僅具有寬的吸收帶和高的吸收截面，而且具有目前發(fā)現(xiàn)的釩酸鹽中最高的熱導(dǎo)率，盡管其熱導(dǎo)率的大小大致與Nd:YAG相比擬，但它們的增益截面比Nd:YAG高得多，尤其是它們能均勻的摻入較高濃度的釹離子，使LD泵浦微片激光性能有

3、更大提高，因而引起人們的特別關(guān)注。目前，這兩種新晶體的LD泵浦微片激光性能已有一些報(bào)道，但對(duì)不同釹離子濃度，不同厚度微片等條件下系統(tǒng)的研究LD泵浦的激光性能尚未見報(bào)道。 本論文主要對(duì)Nd:LuVO<,4>和Nd:GdVO<,4>兩種激光晶體在中小泵浦功率LD端面下的多種激光性能進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和理論分析。實(shí)驗(yàn)使用了不同釹離子濃度，不同厚度微片樣品60余塊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該類晶體具有廣闊的應(yīng)用前景。 本論文主要研究?jī)?nèi)容

4、包括： 1．簡(jiǎn)要介紹了DPSSL主要特性、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀；對(duì)DPSSL制作中目前比較常用的固體激光材料的特點(diǎn)進(jìn)行了分析對(duì)比，并指出了摻釹釩酸鹽系列的激光晶體，特別是LuVO<,4>和GdVO<,4>兩種新型晶體，具有優(yōu)良的LD泵浦微片激光性能。 2．從增益介質(zhì)中飽和光強(qiáng)的微分方程出發(fā)，導(dǎo)出了對(duì)LD泵浦微片激光器的基頻輸出功率、閾值泵浦功率和斜效率的理論表達(dá)式；采用高、低功率兩種LD分別對(duì)多種Nd:GdVO<,4>和

5、Nd:LuVO<,4>微片樣品的基頻輸出進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，確定了微片的最佳基頻輸出所對(duì)應(yīng)的釹濃度、厚度以及透過率；研究了LD溫度變化和微片熱效應(yīng)對(duì)晶體基頻輸出功率的影響。在2W泵浦功率條件下，Nd:GdVO<,4>和Nd：LuVO<,4>微片分別獲得了高達(dá)1.05W和1.09W的基頻輸出功率，斜效率分別高達(dá)56％和59％，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該類晶體是LD泵浦微片激光器領(lǐng)域優(yōu)良的晶體材料。 3．從縱向泵浦激光器腔內(nèi)增益與損耗的基本方程出

6、發(fā)，對(duì)微片激光的腔內(nèi)二次諧波的產(chǎn)生與腔參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了理論研究，得到了腔內(nèi)倍頻光功率P<,SHG>與基頻光功率P<,C>的關(guān)系。在2.21W泵浦時(shí)，分別得到了Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>微片最高為126.1mW和116.2mW的倍頻光輸出。系統(tǒng)研究了不同泵浦方式和腔長(zhǎng)對(duì)倍頻輸出以及樣品厚度和摻雜濃度對(duì)倍頻輸出的影響，結(jié)果表明Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶體是高效的綠光微片激光材料。 4．研究了

7、GaAs晶體被動(dòng)調(diào)Q的機(jī)理及其被動(dòng)調(diào)Q兼輸出耦合的速率方程，從實(shí)驗(yàn)上研究了不同摻雜濃度和不同樣品厚度Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶體的調(diào)Q輸出特性；并得到了脈沖寬度、重復(fù)頻率、脈沖峰值功率和平均輸出功率隨泵浦功率的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中利用GaAs晶體做被動(dòng)調(diào)Q元件，在2.21W泵浦功率下，得到Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO<,4>晶體的最短脈寬分別為121ns和161ns證實(shí)了Nd：LuVO<,4>和Nd：GdVO