全固态激光器热激发泵浦和综合泵浦技术研究

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1、天津大学硕士学位论文全固态激光器热激发泵浦和综合泵浦技术研究ResearchOiltheTechnologyofThermallyBoostedPumpingandSyntheticalPumpingofAll．Solid．StateLaser学科专业：物理电子学研究生：张衡指导教师：丁欣副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零零八年五月中文摘要本文主要以全固态准连续可调谐钛宝石激光器为泵浦源，结合四能级激光系统速率方程，分别研究了以Nd：YAG和Nd：YV04晶体为激光增益介质的固体激光器在热激发泵浦／直接泵浦方式下的输出特性。通

2、过合理设计谐振腔结构来获得泵浦光和振荡光较好的模体积匹配，最终获得了1．069m和1．3岬激光的高效输出，并与传统泵浦方式下的输出特性进行了比较。通过实验我们了解到传统808nm泵浦方式具有光光转换效率高，但产生热量大，而热激发泵浦／直接泵浦方式量子效率高、产生热量少但由于吸收较差导致光光转换效率低。结合以上两种泵浦方式的特性，我们创新性地提出了“综合泵浦’’这种全新的固体激光器泵浦方式。力求在以上两种泵浦方式的缺点(产生热量大和泵浦光利用率低)之间找到一个最佳平衡点，从而使激光器在输出功率下降不大的情况下可以获得热量的大幅度降低，这

3、将更加有利于激光器的运转，尤其是大功率全固态激光器。本论文主要进行了以下工作：1．从四能级速率方程出发，推导出了热激发泵浦／直接泵浦方式下激光器的输出特性，同时进行了激光器内热量产生的计算；2．考虑到激光器热透镜效应的基础上，通过合理设计激光器谐振腔结构来获得泵浦光和振荡光较好的模体积匹配；3．在直接泵浦方式下，分别研究了不同掺杂浓度Nd：YV04激光器1064nm和1342nm激光输出特性。在入射泵浦功率2．1W，吸收1．7W的情况下，获得了1．21W的l064nm激光输出，光光转换效率为57．6％，相对吸收泵浦功率斜率效率和阈值分

4、别为75．3％和200mW。实验同时还测量了不同泵浦方式下晶体内产生的热量。当入射泵浦功率1．8W，吸收1．5W的情况下，获得了0．743W的1342nm激光输出，光光转换效率为41．3％，相对吸收泵浦功率的斜率效率和阈值分别为64％和380mW。就我们所知，64％的斜率效率是目前最高的1342nm输出效率；4．在热激发泵浦方式下，分别研究了Nd：YAG激光器1064nm和1319nm激光输出特性。在入射泵浦功率1．15W，吸收0．79W的情况下，获得了0．4W的1064nm激光输出，光光转换效率为34．8％，相对吸收泵浦功率的斜率效

5、率和阈值分别为67．3％和200mW。在入射泵浦功率2．26W，吸收1．55W的情况下，获得了0．43W的1319nm激光输出，光光转换效率为19％，相对吸收泵浦功率的斜率效率和阈值分别为35．4％和353mW；5．为综合泵浦实验搭建了两台全固态可调谐钛宝石激光器，并以普通掺杂的Nd：YAG为激光增益介质研究了综合泵浦方式下1064nm激光输出及热量产生情况；6．通过进一步思考，大胆提出了全固态激光器泵浦系统更优的泵浦方式。关键词：热激发泵浦综合泵浦直接泵浦钛宝石激光器Nd”激光器大功率热量ABSTRACTInthisdisserta

6、tion，wefirstlyinvestigatetheoutputperformancesofNd：YAGandNd：YV04laserunderthermallyboostedpumping／directpumpingcombinedwiththerateequationsoffour-levelsystem，usinganall-solid—statequasi—continuoustunableTi：Sapphirelaserastheirpumpsource．Thebettermodematchingbetweenthepu

7、mpandoscillatingbeamwasobtainedbytheoptimizationoflasercavity,andthehigh．efficiency1．06一Ⅲnand1．3-lainoutputwereachieved．Comparativeresultsobtainedbytraditionalpumpingat808nm．Throughtheexperiments，werealizethatthe808．amtraditionalpumpingcanachievehighoptical-to—opticalef

8、ficiency,whileintroduceplentifulheatgeneration．Thethermallyboostedpumping／directpumpinghashigherslopeefficienc