论文部分内容阅读
单掺铥激光器具有荧光寿命长、量子效率高等优点,是获得2μm激光的理想激光源,其输出波段在激光雷达、激光测距、激光医疗和气象监测都具有广泛应用。同时,由于单掺铥晶体准三能级系统以及Tm3+较小的发射截面的特点,导致该类型的激光器受热效应影响严重,从而制约了高性能2μm激光的产生。近年来研究表明,晶体的键合技术可以有效地缓解晶体内部由热沉积而产生的热效应。本文通过设计两种不同类型的多段键合Tm:YAG晶体,分别对单掺铥激光器的热效应和连续光输出特性进行了研究。理论上:基于单掺铥激光器的准三能级模型,讨论了Tm:YAG晶体的最佳浓度长度范围,从而初步确定了多段键合晶体的参数。随后介绍了两种类型的多段键合晶体结构,通过建立两种晶体热模型并且基于热传导方程分析了晶体的热效应,结果表明多段键合晶体有利于缓解热效应;除此之外,通过热效应的模拟分析确定了多段键合晶体最优参数。通过求解多段键合I型晶体的热焦距,结合ABCD矩阵模拟了实验谐振腔的稳区范围,为后续实验平台的搭建提供依据。实验上:为了实验验证多段键合晶体可以有效缓解热效应,结合理论模拟对多段键合晶体和常规晶体的对比分析,分别开展了LD抽运双端键合/多段键合/双棒串接Tm:YAG晶体的对比工作。LD单端抽运双端键合Tm:YAG激光器得到了7.08W最大输出功率,其光-光转换效率为34.14%;LD单端抽运多段键合Tm:YAG激光器得到了6.11W最大输出功率,其光-光转换效率为28.1%;LD单端抽运双棒串接Tm:YAG激光器得到了3.03W最大输出功率,其光-光转换效率为25.2%。LD双端抽运双端键合Tm:YAG激光器得到了11.55W最大输出功率,其光-光转换效率为37.5%;LD双端抽运多段键合Tm:YAG激光器得到了13.3W最大输出功率,其光-光转换效率为32%;LD双端抽运双棒串接Tm:YAG激光器得到了4.05W最大输出功率,其光-光转换效率为20.4%。通过实验结果,可以明显的看出采用多段键合技术缓解Tm:YAG晶体热效应的可行性。