摻釹釩酸鹽晶體0.91μm連續(xù)波激光特性研究

1、摘要作為激光材料，摻釹釩酸鹽晶體具有一系列優(yōu)異的性質(zhì)，已成為繼N d ：Y A G 之后最重要的固體激光介質(zhì)，并在工作波長～1p a n 的中小功率全固態(tài)激光器中獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來，對(duì)這類晶體的0 ．9 1 岬準(zhǔn)三能級(jí)激光振蕩的研究正引起越來越多的關(guān)注。本文對(duì)半導(dǎo)體激光器泵浦條件下?lián)解S釩酸鹽晶體及其混晶的0 ．9 1 p m連續(xù)波激光特性開展了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究，主要內(nèi)容概括如下：對(duì)三種摻釹釩酸鹽晶體N d ：Y V 0 4

2、 、N d ：G d V 0 4 、N d ：L u V 0 4 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及與激光性能密切相關(guān)的熱學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、光譜學(xué)性質(zhì)等做了較為全面的總結(jié)、分析和比較。根據(jù)A B C D 矩陣?yán)碚?，?duì)適合于摻釹釩酸鹽晶體準(zhǔn)三能級(jí)激光器的近半共心腔的穩(wěn)定性和模參數(shù)做了理論計(jì)算，給出了穩(wěn)定性參數(shù)和基模半徑隨晶體的熱透鏡焦距以及腔長的變化關(guān)系。利用未鍍膜晶體，實(shí)現(xiàn)了室溫條件下的N d ：L u V 0 4 、N d ：G d V 0 4 晶體的0

3、 ．9 1 p m連續(xù)波激光振蕩。a ．切向和c ．切向N d ：L u V 0 4 晶體所產(chǎn)生的激光振蕩的斜率效率分別為3 0 ．2 ％和3 7 ．2 ％，這也是目前該晶體0 ．9 1 “m 激光振蕩的最高斜率效率。N d ：G d V 0 4 晶體產(chǎn)生的連續(xù)波輸出功率達(dá)到5 4 7 m W ，相應(yīng)的斜率效率為3 4 ．3 ％。首次對(duì)不同組分的摻釹釩酸鹽混晶N d ：Y x G d l _ x V 0 4 的0 ．9 1 g m 連續(xù)

4、波激光振蕩特性開展了較為系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，組分為x = 0 ．5 3 的混晶具有最好的激光性能：在吸收泵浦功率為2 ．8 5w 時(shí)，所產(chǎn)生的連續(xù)波激光功率為3 9 0 m W ，相應(yīng)的光一光轉(zhuǎn)換效率為1 4 ％，而斜率效率達(dá)到2 5 ％。基于速率方程理論，建立了泵浦光為T o p ．h a t 分布條件下的準(zhǔn)三能級(jí)激光器理論模型。利用這一模型，對(duì)N d ：G d V 0 4 、N d ：L u V 0 4 、N d ：Y x G d

5、 l —x V 0 4 等不同晶體的連續(xù)波激光振蕩的輸出功率隨泵浦功率的變化關(guān)系做了理論計(jì)算，獲得了與實(shí)驗(yàn)測量基本一致的結(jié)果。關(guān)鍵詞：摻釹釩酸鹽晶體；釩酸鹽混晶；0 ．9 1 J l t m 激光；連續(xù)波激光振蕩目錄摘要????????????????????????????????????????????．．IA b s t r a c t ??????????????????????????????????????????．．I I

6、第一章引言?????????????????????????????．1第二章?lián)解S釩酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)???????????????????52 ．1 釩酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)????????????????????????52 ．2 釩酸鹽晶體的物理性質(zhì)??????????????????????．62 ．3 摻釹釩酸鹽晶體的光譜學(xué)性質(zhì)???????????????????8第三章?lián)解S釩酸鹽晶體準(zhǔn)三能級(jí)激光器諧振腔的設(shè)計(jì)??????????

7、?。l O3 ．1 準(zhǔn)三能級(jí)固體激光器諧振腔的一般要求??????????????．．1 03 ．2 諧振腔模參數(shù)的計(jì)算方法?????????????????????1 03 ．3 諧振腔的計(jì)算與設(shè)計(jì)實(shí)例????????????????????．．1 3第四章N d ：G d V 0 4 與N d ：L u V 0 4 晶體的0 ．9 1 阻連續(xù)波激光特性???????1 64 ．1 實(shí)驗(yàn)裝置??????????????????????

8、?????。1 64 ．2N d ：G d V 0 4 晶體0 ．9 1 9 m 準(zhǔn)三能級(jí)激光振蕩的實(shí)驗(yàn)研究????????．1 64 ．3N d ：L u V 0 4 晶體O ．9 1p m 準(zhǔn)三能級(jí)激光振蕩的實(shí)驗(yàn)研究????????．1 84 ．3 ．1 沿a 軸切割( a - c u t ) 晶體連續(xù)波激光振蕩????????????1 94 ．3 ．2 沿C 軸切割( c ．c u t ) 晶體連續(xù)波激光振蕩??????????

9、??2 04 ．3 ．3a - c u t 和c ．c u t 晶體激光性質(zhì)的比較與討論???????????2 1第五章N d ：Y x G d l - x V 0 4 混晶系列晶體的O ．9 1l a m 連續(xù)波激光特性???????2 45 ．1N d ：Y x O d l - x V 0 4 混晶的基本性質(zhì)??????????????????2 45 ．2N d ：Y o ．5 3 G d o ．4 7 V 0 4 混晶的0 ．

10、9 1g m 連續(xù)波激光特性??????????．2 45 ．3N d ：Y x G d l - x V 0 4 混晶系列晶體0 ．9 1I ．t m 連續(xù)波激光特性的比較?????2 6第六章基于速率方程理論的模型計(jì)算與分析???????????????．3 06 ．1 泵浦光為G a u s s 分布條件下的理論模型結(jié)果????????????。3 06 ．2 泵浦光為T o p ．h a t 分布條件下的理論模型?????????

11、?????3 06 ．3 摻釹釩酸鹽晶體O ．9 1l x m 激光輸出特性的理論計(jì)算??????????3 26 ．3 ．1N d ：G d V 0 4 晶體??????????????????????????????3 26 ．3 ．2N d ：L u V 0 4 晶體??????????????????????????????3 46 ．3 ．3N d ：Y o ．5 3 G d o ．4 7 V 0 4 和N d ：Y o ．s