TmYAG环形腔单纵模激光器的研究

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1、硕士学位论文Tm:YAG环形腔单纵模激光器的研究STUDYONSINGLE-LONGITUDINAL-MODETM:YAGRINGLASER杨威哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN248.1学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学硕士学位论文Tm:YAG环形腔单纵模激光器的研究硕士研究生：杨威导师：姚宝权教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN248.1U.D.C:535DissertationfortheMaster’sDegree

2、inEngineeringSTUDYONSINGLE-LONGITUDINAL-MODETM:YAGRINGLASERCandidate：YangWeiSupervisor：Prof.YaoBaoquanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsDepartmentofOpto-electronicsAffiliation：InformationScienceandTechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Inst

3、itution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要2μm激光具有对人眼安全、处在水和CO2的吸收峰、位于大气透明窗口内等诸多优点，使得2μm单纵模激光器在窄线宽激光应用中具有明显优势。2μm单纵模激光广泛应用于多普勒激光测风雷达、差分吸收激光雷达、高分辨率光谱学等技术领域。在单纵模激光实现方案中，基于法拉第效应的环形腔法在实现窄线宽、波长可调谐单纵模激光上具有明显优势。掺Tm3+激光介质在2μm波段有较宽的发射谱区，利于实现较大范围的波长调谐。因此，研究环形腔Tm:YAG单纵模激光器很有意义。由于陶瓷相对于晶体具有诸多优点，

4、开展陶瓷Tm:YAG单纵模激光器的研究也颇有意义。鉴于此，本文的研究可以概括为以下内容：首先，以Tm:YAG激光器的准三能级系统为核心建立了激光器的速率方程，并基于此对环形腔Tm:YAG激光器的输出特性进行了数值计算，给出了泵浦束腰半径、输出镜透过率等对输出功率特性的影响。通过理论和实验测量双重手段分析了Tm:YAG晶体的热透镜焦距和泵浦功率及泵浦光斑半径的关系。其次，基于旋光器的工作原理研究了环形腔单向运转的实现方法，设计了基于旋光器、半波片和选偏腔镜共同作用的方案。对法布里-珀罗(F-P)标准具选纵模进行了原理与数值计算分析，设计了合适的F-P厚度和调谐角度。利用高斯光束的

5、ABCD定律和谐振腔的稳定性条件完成了对环形谐振腔的设计与论证工作。最后，搭建环形腔Tm:YAG激光器，单向运转时最大输出功率为930mW，光光效率和泵浦斜率效率分别是6.84%和11.9%。激光波长为2014.06nm，最大输出功率下的M2因子为1.10。利用扫描F-P干涉仪确认单向运转为单纵模输出。在腔内插入F-P标准具，获得的波长调谐范围为2010.40nm~2017.59nm（约7.2nm），功率范围在673mW至872mW。改用陶瓷Tm:YAG作激光介质，单向运转下获得363mW的单纵模激光，输出波长为2014.47nm，M21.09。本文是国内外第一次报道的基于法

6、拉第效应的Tm:YAG环形腔单纵模激光器的研究，同时获得了目前最高功率的波长可调谐单掺Tm3+单纵模激光器输出，具有一定的学术与实用价值。关键词：2μm激光；单纵模；环形腔激光器；法拉第效应；Tm:YAG-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstract2μmlaseriseye-safeandit'sattheabsorptionpeakofwaterandCO2.What’more,2μmlaserislocatedinthetransparentwindowoftheatmosphere.Theseadvantagesmakethe2μmsingle-longitudi

7、nal-modelaserhasimportantapplicationsinnarrowlinewidthlaserapplications,suchasdopplerwindlidar,differentialabsorptionlidar,highresolutionspectroscopy,etc.Inallsingle-longitudinal-modelaserimplementationschemes,unidirectionalringlaserbasedonfaradaye