【摘 要】
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2微米固体激光器在激光遥感、中红外参量振荡器、激光医疗领域有实际应用意义。单掺Ho的固体激光器是获得2微米波段激光的首选,本论文便以新型硅酸盐基质Ho:LPS激光晶体为研究对象,从理论和实验上验证其作为固体激光器工作物质的可行性与优势,主要内容包括:首先,系统研究了不同单掺Ho基质材料的研究现状以及相应的优缺点,指出了单掺Ho硅酸盐基质目前研究的不足以及进行物理和热力学性能优异的新型硅酸盐单掺Ho
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2微米固体激光器在激光遥感、中红外参量振荡器、激光医疗领域有实际应用意义。单掺Ho的固体激光器是获得2微米波段激光的首选,本论文便以新型硅酸盐基质Ho:LPS激光晶体为研究对象,从理论和实验上验证其作为固体激光器工作物质的可行性与优势,主要内容包括:首先,系统研究了不同单掺Ho基质材料的研究现状以及相应的优缺点,指出了单掺Ho硅酸盐基质目前研究的不足以及进行物理和热力学性能优异的新型硅酸盐单掺Ho基质材料研究的必要性。对影响激光器输出性能和稳定性的固体激光器热效应进行研究。根据LD泵浦光光强分布特点建立了平顶泵浦光束与高斯泵浦光束双端泵浦的Tm:YAP晶体热分布方程并求解,得到了晶体内部温度分布情况并证实了采用板条晶体可以有效抑制热效应。建立了高斯光束单端双程泵浦Ho:LPS晶体热分布方程并求解得到了其内部温度分布情况,证实带内泵浦结构可以有效抑制热效应;根据计算得到的温度分布值计算了20 W单端双程泵浦情况下Ho:LPS晶体等效热透镜焦距长度,为谐振腔的稳定性设计提供参数。理论分析Tm:YAP激光器和Ho:LPS激光器能级跃迁过程和速率方程理论,在考虑上转换损耗和再吸收损耗的条件下,对稳态情况下Ho:LPS激光器的速率方程求解得到输出功率和阈值泵浦功率表达式,讨论了上转换损耗、再吸收损耗、谐振腔往返损耗对输出性能的影响,通过讨论泵浦光光斑半径、光束质量因子与聚焦位置、输出镜透过率对输出性能和激光阈值的影响,确定了相关参数,为实验参数的选择以及实验现象的分析提供理论指导。在以上理论分析的基础上进行1936 nm Tm:YAP激光器泵浦的Ho:LPS激光器实验研究,获得最大输出功率～500 m W的2101 nm激光,对应吸收泵浦功率的斜效率为8%,计算得到阈值泵浦功率功率密度为1.46 k W/cm~2,实验证明Ho:LPS晶体作为固体激光工作物质的可行性和其低阈值激光运转的优势。
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