【摘 要】
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Tm:YVO4激光晶体可以产生1.94μm的激光,属于中红外2μm波段。2μm波段固体激光器的输出波长处在大气窗口,在大气传输方面有很大的优势,2μm波段的激光可以被NO2气体分子、CO2气体分子等吸收,因此在激光遥感、环境监测、激光通讯等方面有非常重要的作用和应用前景。同时在激光雷达、激光成像、激光测距、材料处理、光电对抗和激光医学等方面具有重要作用,因此在固体激光研究领域2μm波段是一个热点。
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Tm:YVO4激光晶体可以产生1.94μm的激光,属于中红外2μm波段。2μm波段固体激光器的输出波长处在大气窗口,在大气传输方面有很大的优势,2μm波段的激光可以被NO2气体分子、CO2气体分子等吸收,因此在激光遥感、环境监测、激光通讯等方面有非常重要的作用和应用前景。同时在激光雷达、激光成像、激光测距、材料处理、光电对抗和激光医学等方面具有重要作用,因此在固体激光研究领域2μm波段是一个热点。Tm:YVO4激光晶体是四方晶系的单轴晶体,锆英石结构。该晶体具有优良的物理、化学与机械性能,光透过率高,透光范围宽,双折射系数大,并且易于加工制造。但是Tm:YVO4晶体在高功率泵浦下会产生很强烈的热透镜效应,所以在激光谐振腔的设计以及实验上需要对其进行研究。基于此原因,本论文在研究Tm:YVO4激光晶体温度场分布与热透镜的基础上,对Tm:YVO4激光晶体连续波激光与声光调Q激光从理论与实验进行研究,分析了不同参数情况下激光的输出特性。具体研究了Tm:YVO4激光晶体的温度场分布与热透镜效应。论文对对激光晶体的前后端面与内部温度场进行求解分析,并分别具体分析了激光晶体长度、泵浦激光功率对激光晶体内部温度场的影响。使用准直光束探测法对激光晶体内部热透镜效应进行了实验研究。对Tm:YVO4连续波激光输出特性进行研究。首先使用ABCD矩阵理论对Tm:YVO4连续波激光器的谐振腔进行分析,优化了激光谐振腔。然后对连续波激光器进行了实验研究,包括晶体质量、输出镜透过率、晶体的长度以及键合晶体等因素对输出特性的影响,最后使用刀口法测量了激光的光束质量。实验中长15mm掺杂浓度3%的Tm:YVO4激光晶体输出性能较好,泵浦光功率为28W时,输出波长1.94μm、功率1.85W的连续波激光,相应的光光效率为6.6%,光束质量因子为1.38。对Tm:YVO4声光调Q激光输出特性进行研究。首先使用ABCD矩阵理论对Tm:YVO4声光调Q激光器的谐振腔进行分析,优化了激光谐振腔。然后对声光调Q激光器进行了实验研究,包括重复频率、输出镜的透过率以及不同晶体等因素对脉冲激光输出特性的影响。实验中长15mm掺杂浓度为3%的Tm:YVO4激光晶体输出性能最佳,在泵浦功率为28W情况下,输出功率为1.82W的1.94μm激光,光光转换效率为6.5%,脉冲宽度最短为115ns,脉冲能量为364μJ,峰值功率为15.83k W。不同类型的激光晶体输出性能有比较大的区别,使用键合晶体可以有效改善激光晶体的输出性能。
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