【摘 要】
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掺Yb稀土钙氧硼酸盐晶体Yb:ReCOB（Re=Y,Gd,La）易于由提拉法生长,化学稳定性高,抗光损伤能力强,是一类有着重要应用前景的Yb离子激光材料。这类晶体中的Yb离子基态有着很大的Stark能级分裂,有利于实现室温下的低阈值和高效率的连续波激光运转;而Yb离子上能态的荧光寿命很长,有利于通过调Q获得高能量脉冲激光。除了单一晶体之外,含Lu的Yb:ReCOB类混晶也特别值得探索和研究,因为理
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掺Yb稀土钙氧硼酸盐晶体Yb:ReCOB（Re=Y,Gd,La）易于由提拉法生长,化学稳定性高,抗光损伤能力强,是一类有着重要应用前景的Yb离子激光材料。这类晶体中的Yb离子基态有着很大的Stark能级分裂,有利于实现室温下的低阈值和高效率的连续波激光运转;而Yb离子上能态的荧光寿命很长,有利于通过调Q获得高能量脉冲激光。除了单一晶体之外,含Lu的Yb:ReCOB类混晶也特别值得探索和研究,因为理论上Yb取代Lu离子时引起的晶格畸变最小,容易生长出光学质量高的激光晶体。本论文对含（Y,Lu,Gd）三种光学非活性稀土离子的Yb:ReCOB混晶,其化学式为Yb0.19Y0.34Lu0.12Gd0.35Ca4O（BO3）3（Yb:YLuGdCOB）,在微片腔条件下的连续波以及被动调Q脉冲激光特性做了较为系统、深入的实验研究。论文工作取得的主要研究成果和获得的主要研究结论总结如下。晶体样品的长度和切向对连续波和脉冲激光输出特性有着重要影响。薄的晶体样品易受吸收饱和效应的影响,输出功率受到很大限制;而长的晶体样品则因共振吸收损耗严重,难以获得很高的激光效率。另外,晶体样品长度对激光振荡偏振态和激光发射谱也有着重要影响。沿三个光学主轴（X,Y,Z）切向的晶体样品中,Y-切向晶体连续波激光效率和输出功率最高;而X-切向晶体适合于调Q脉冲激光运转。实现了微片腔中Y-切向Yb:YLuGdCOB晶体的高功率/高效率连续波激光运转。由0.6 mm薄片晶体产生的输出功率可达3.15 W,光-光转换效率65.5%;而1.0 mm厚的晶体样品产生的最大光-光转换效率高达91.9%,接近由激光发射过程中的量子缺损所决定的理论上限。利用3.2 mm长的晶体样品,由连续波运转产生的输出功率达到14.30 W,光-光转换效率70.0%,而斜率效率为81%。实现了微片腔中X-切向的Yb:YLuGdCOB晶体以二维Mo Te2为可饱和吸收体的被动调Q脉冲激光运转。在481 k Hz的脉冲重复率下产生的1033 nm脉冲激光输出功率为1.56 W;而由被动调Q产生的最大脉冲能量、最小脉冲宽度和最高峰值功率分别为3.87mJ,26.2 ns和147.7 W。这是目前固体激光器中二维可饱和吸收体被动调Q所产生的最小脉冲宽度和最高脉冲峰值功率。
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