（光学工程专业论文）新型可饱和吸收体co2：lamgal11o19被动调q激光器性能研究.pdf

山东大学博士学位论文 符号说明 ， 兀 中 函( 0 ，t ) 曲 开 盯 ， 以 0 1 3 或吒s 晚4 或纯s 品 & t ， rc 力1 c 斤 l i h c t 刀。 7 ( 1 - , t ) 力，( ，t ) 力j d k r ， 输出镜透过率 可饱和吸收体的小信号透过率 腔内光子数密度 激光腔轴上光子数密度 激光束电场半径 反转粒子数密度 受激发射截面 激光晶体的长度 饱和吸收体的厚度 饱和吸收体的基态吸收截面 饱和吸收体的激发态吸收截面 光束在激活介质处的横截面积 光束在饱和吸收体处的横截面积 激光在腔内的往返时间 腔内光子数寿命 杂散性损耗 激光晶体的折射率 真空中的光速 输出镜反射率 谐振腔本征损耗 初始反转粒子数密度 反转粒子数密度 饱和吸收体的基态粒子数密度 饱和吸收体总粒子数密度 泵浦常数 泵浦脉冲持续宽度 激光上能级寿命 9 山东大学博士学位论文 1 0 丘 f ， f 口 。 ， 脉冲氙灯泵浦能量 储能电容 氙灯电极两端电压 真空中的介电常数 谐振腔的光学长度 反转因予 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：粗日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：崮阻导师签名：池期：乏掣坐笪 山东大学博士学位论文 摘要 1 3 “m 波长附近的激光由于与硅光纤低色散和低损耗的波长一致，以及 极好的人眼安全特性，因此在激光医学、光纤通信、光传感定位和中红外参 量振荡的抽运源等领域有着广阔的应用前景。利用被动调q 技术可以在结构 紧凑、低成本的激光器系统中产生稳定可靠的短脉冲周期和高峰值功率的激 光脉冲，这类调q 激光器在诸如雷达探测、远程传感、激光加工等领域有着 许多十分重要的应用。 本论文根据固体激光器的调q 特性，以新型可饱和吸收体 c o ”：l a m g a l t 0 。( c o ：l m a ) 为调q 晶体，分别用闪光灯泵浦n d ：y a g 激光晶 体发射1 3 1 9 l am 激光、闪光灯泵浦e r ：g l a s s 激光介质发射1 5 4um 激光 和l d 泵浦n d ：g d v 0 。激光晶体发射1 3 4 1 m 激光等激光器的实验研究。深刻分 析了以上激光器的输入输出特性；研究了这些激光器调q 运转时激光介质发 射截面与可饱和吸收体基念及激发态吸收截面的配比关系；并从实验中得出 了输出特性最佳状态时的激光器输出耦合镜的透过率最佳值；分析研究了激 光器应用中的重要参数一峰值功率在不同激光器结构参数情况下的变化。另 外，作为激光技术应用的一个领域还研究了1 0 6 l ai n 激光烧蚀k t a 晶体诱导 的等离子体空间特性的光谱诊断。 本论文的主要研究工作和首创点阐述于以下几点： i 新型可饱和吸收体l a m g a i l l o l 9 可饱和吸收体作为固态被动调q 激光器中的第二个重要因素，也同样吸 引着人们的研究兴趣。y u m a s h e v 等人和g e 及其同事分别生长出了c 0 2 + 离子 掺杂的氧化物晶体c o ：l m a 。该晶体己在许多实验研究中被用作被动调q 器件。 它的优越性能显示出其在固态被动q 调制激光器研究中的巨大潜在效应。 深刻研究、分析了l a m g a i i i o l 9 的能级结构和光谱特性。l a m g a l l l 0 1 9 属六方晶系、p 6 3 m m c 族，其l a 3 + 和m 9 2 + 离子可以有选择性地被其它离子 所代替而保持原来的稳定结构。1 0 3 0 n m 1 6 6 0 n m 的吸收带则因为 4 4 ：【4 f 卜4 五【4 f ) 能级间的跃迁引起的。吸收带的复杂结构是因为在周围轻微 畸变的氧原子四面体晶格场作用下，c 0 2 + 离子的4 t 2 ( 4 p 细4 五( 4 f ) 两个能级的分 山东大学博士学位论文 裂造成靛。这个吸收带的存在，正是c o ：l m a 晶体作为1 ，3 - l 。6 9 m 激光器饱 和啜l | 雯体的物理投据。研究了在援动调q 激光器中考虑腔内光强度、激活余 质的反转粒子数密度以及饱和吸收体的基念与激发态粒子数密度的空间分 布豹遴奉方程，弗给出了其勰。应用被动调q 速率方程的理论，在实验上溅 出了落和吸收俸c o ：l m a 的透过率随光能量密度静交亿蓝线，并计算出了冀 基态和激发态吸收截面积。( 第二章) 珏阂舞灯秉满魏n d ：g a g 程辩闪光耆裂游特性帮n d ：y a g 特住深入分析静基穑上，利掰平一平激搬 谐振腚、以c o ：l m a 晶体作为可饱和吸收体，用闪光灯为泵浦源，研究了非 腔内聚焦豹1 3 1 9 i t 播豹n d ”：y a g 激光器静态和被渤调q 的运转，首次绘如 了如结构酶实骏结果。并辩静态和动念两稀运转情形迸彳亍了瑶论探讨，优 化了被动调q 的运转参数。实验结果照泳，c o ：l m a 晶体对1 3 i ti l l 被动调q 运转怒静良好熬可锪帮吸收体，具有极好的可饱帮瑷牧特性。如果c o ：l m a 晶体的端面镀膜将会进一步改迸激光器的性能。( 第三章) i i i 闪光灯凝浦的e r ：g i a s s 利羯可撬爨l 吸l | 芟体c 0 2 + ：l a m g a l ，；0 ；。( c o ：l m a ) ，实现了阂光灯裘溱1 。5 4 i tn t 铒玻璃激光器的运转。采用不同透过率的输出藕合镜，研究了该激光器的静 态和动态输出特性。实验结果表明，当输出镜的透过率为t 5 时，静态输出 麴线獒骞更赢豹麟率效率和熊量转换效率。嗣辩，被动q 调铡黥输出辣 孛莛 有更高的单脉冲能量和更窄的脉冲宽度。 以c o ”：l a m g a l 。0 。作为可饱和吸收体，实验证定了闪光灯聚浦1 5 4 肛m 锤玻璃激光器豹优良运转，辅辩氇涯实了c 0 2 + ：l a l 镕g a l ；0 ，。是一糖筑塞豹调q 器件。利用该激光器可以得到单脉冲情况下的窄脉冲宽度( 5 5 n s ) 和高峰假 功率( 0 8 6 m w ) 。( 第三章) 掰l d 泵溱a - c u tn d ：g d v o 深刻分析了激光谐振腔结构对激光泵浦阈值的影响。在对a - c u tn d ：g d v o 。 晶体发射截面研究的基础上给出了其与c o ”：l a m g a l 。0 ，。的吸收截面、平凹 验谐振先素在激炎鑫俸上豹藏嚣之润戆饶夷配魄。 利用平一凹腚技术，对a - c u t 的n d ：g d v o 。晶体的自由运转和被动q 调制 的输出特性进行了深入的研究。特别是将凹透镜作为激光器的后镜，平镜作 2 山东大学博士学位论文 为输出镜，这样就克服了在激光介质大的受激发射截面和可饱和吸收体小的 吸收截面情况下必须设置腔内聚焦器件的弱点，而且首次将c o ：l m a 晶体作 为可饱和吸收体应用在本实验中，对该晶体不同初始透过率乃的激光器输出 特性进行了详尽研究。( 第四章) vl d 泵浦c - c u tn d ：g d v o c 切向n d ：g d v o t 晶体与a 切向n d ：g d v o 。晶体有着明显的特性差别。通 过对c 切向n d ：g d v o 。晶体特性与光谱特性的研究，首次用c o ：l m a 作可饱和 吸收体对被动调q 的1 3 4 i im 全固态激光器的静态和动态特性进行了研究与 分析。静态研究针对透过率分别为2 、5 5 和7 的三个输出镜进行。实 验得到了静态运转时的最佳输出透过率t = 7 。动态研究采用的输出镜透过 率为忙5 5 ，并对1 3 4um 初始透过率为9 0 、8 5 和7 0 的三个c o ：l m a 晶体片分别进行实验。结果表明只有l = 9 0 的c o ：l m a 晶体片实现了被动q 调 制，并对此情形下的输出特性进行了研究。由输出的峰值功率可以得出结论： 与a 切向的n d ：g d v o 。晶体相比，虽然a 切向的n d ：g d v o ；晶体更易于实现静态 和动态运转，但是c 切向的n d ：g d v o ，晶体更适宜被动调q 的运转，并且可以得 到较大的峰值功率输出。( 第四章) 关键诃：被动调q ；c o2 + ：l a m g a l 。0 ，。( c o ：l m a ) 晶体；闪光灯泵浦：l d 泵 浦；n d ：g d v 0 4 晶体 山东大学博士举位论文 a 嚣s 罩致a c 要 t h ew a v e l e n g t ho fl a s e r sl a s i n ga r o u n d1 6 拉mi si na c c o r d a n c ew i t ht h a to f s i l i c ao p t i c sf i b e r sw i t hl o wd i s p e r s i o na n dl o wj o s s ，a n di se y e - s a f e 。s o ，t h e s e l a s e r sh a v ew i d e l yp r o m i s i n gi ns u c ha r e a s ：l a s e rm e d i c a l ，f i b e rc o m m u n i c a t i o n ， o p t i c ss e n s i n gp o s i t i o na n da sap u m ps o u r c ef o rm i d d l ei n f r a r e dp a r a m e t e r o s c i l l a t o r w i t hp a s s i v e l yq - s w i t c h i n gt e c h n i q u e ，w ec a ng e ts t a b l ea n dr e l i a b l e l a s e rp u l s ew i t hs h o r tp u l s ec y c l ea n dh i g hp e a kp o w e ri nac o m p a c t n e s sa n dl o w c o s ts y s t e m 。t h e s eq s w i t c h e dl a s e r sw e r ew i d e l yu s e di nm a n yr e g i m e s ：s u c ha s r a d a rd e t e c t i o n ，t e l e s e n s i n ga n dl a s e rp r o c e s s i n g i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，a c c o r d i n gt ot h eq s w i t c h e dp r o p e r t i e so fs o l i ds t a t e l a s e r s ，u s i n gan e ws a t u r a b l ea b s o r b e rc o ”：l a m g a l l1 0 1 9 ( c o ：l m a ) c r y s t a la s q - s w i t c h ，w ef i n i s h e dt h ef o l l o w i n ge x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ：f l a s h l a m pp u m p e d n d ：y a gl a s e rl a s i n ga t1 319pm ，f l a s h l a m pp u m p e de r ：g l a s sl a s e rl a s i n ga t 1 5 4 # 嫩，l dp u m p e dn d ：g d v 0 4l a s e r sl a s i n ga tl 。3 4 l _ t m 。w es t u d i e dt h eo u t p u t p r o p e r t i e s r e l a t i v et o i n p u t ；t h em a t c h i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee m i s s i o n c r o s ss e c t i o ni ng a i nm e d i u ma n dt h ea b s o r p t i o nc r o s ss e c t i o no fg r o u n ds t a t e a n de x c i t e ds t a t ei ns a t u r a b l ea b s o r b e rw h e nt h e s el a s e r so p e r a t i n gi np a s s i v e l y q - s w i t c h i n g ；t h eo p t i m a lt r a n s m i s s i o no fo u t p u tc o u p l e ra st h eo u t p u tp r o p e r t i e s w e r eo p t i m i z e d ；t h ev a r i a t i o n so fo u t p u tp e a kp o w e r ，ar a d i c a lp a r a m e t e ri nl a s e r a p p l i c a t i o n ，w i t hr e s p e c tt ol a s e rc o n f i g u r a t i o n ，i na d d i t i o n ，w ea l s oi n v e s t i g a t e d t h e s p a t i a ld i s t r i b u t i o n o fk t i o a s 0 4 ( k t a ) p l a s m ai n d u c e db y1 0 6 ”m n d ：y a gl a s e rw i t hs p e c t r o s c o p i cd i a g n o s e ( t h i sp u b l i c a t i o nw a si nl a s e rp h y s l e t t 4 ，n o 。3 ，2 1 2 - 2 1 7 ( 2 0 0 7 ) ) t h ep r i m a r yr e s e a r c hw o r k sa n di n n o v a t i o n sw e r ee x p a t i a t e da sf o l l o w i n g s ： in e ws a t u r a b iea b s o r b e rc r y s t al l a m g a i t i o i 9 a st h es e c o n di m p o r t a n tf a c t o r ，t h es a t u r a b l ea b s o r b e ra l s oe x t r a c t e dm o r e a n dm o r ei n t e r e s t i n gi ni t sr e s e a r c h y u m a s h e ve ta 1 a n dg ee ta 1 r e s p e c t i v e l y i n v e n t e dt h ec 0 2 + i o n sd o p e do x i d ec r y s t a lc o “：l a m g a i l l 0 1 9 ( a b b r e v i a t e da s 毒 由东夫学 毒学位论文 c o ：l m a ) t h ec r y s t a lh a s b e e nu s e di nm a n ye x p e r i m e n t sa sp a s s i v eq - s w i t c h e s i t so u t s t a n d i n gp e r f o r m a n c es h o w st h ep o t e n t i a lp r o s p e c ti n r e s e a r c h e so f p a s s i v e l yq s w i t c h e ds o l i d s t a t el a s e r s e n e r g yl e v e l sc o n f i g u r a t i o n s a n dp r o p e r t i e so fc o ：l m aw e r ed e e p l y s t u d i e da n da n a l y s e d c o ：l m a c r y s t a lb e l o n g st o t h eh e x a g o n a ls y s t e ma n d p 6 3 m m cs p a c eg r o u p l a 3 + a n dm 9 2 + i o n sc a nb es u b s t i t u t e db yo t h e ri o n s ，b u t t h es t e a d yc o n f i g u r a t i o no fc o ：l m ac r y s t a lc o u l db ek e p t t h ec o m p l i c a t e d s t f 驻c t u r eo ft h ea b s o r p t i o nb a n d si se x p l a i n e db ys p l i t t i n go ft h e4 t t ( 4 尹) a n d4 t 1 ( 4 囝s t a t e si ns l i g h t l yd i s t o r t e dt e t r a h e d r a lc r y s t a lf i e l do fo x y g e ne n v i r o n m e n t a r o u n dt h ec 0 2 + i o n s t h i sa b s o r p t i o nb a n dj u s ti st h ep h y s i c a lb a s i so fc o ：l m a a sas a t u r a b l ea b s o r b e ri n1 3 - 1 6 “ml a s e r s t h eb r o a dn e a r - i n f r a r e da b s o r p t i o n b a n dl o c a t e da t10 3 0 16 6 0n mi sa s s i g n e dt ot h e4 a2 ( 4 囝_ 4tl ( 4 囝t r a n s i t i o n a n di n d i c a t e sp o t e n t i a l a p p l i e a t i o no ft h ec o ：l m ac r y s t a l a sas a t u r a b l e a b s o r b e rq - s w i t c hf o rt h e1 3 - 1 6 p ml a s e r s t h er a t ee q u a t i o n so fp a s s i v e l yq - s w i t c h e dl a s e r sw e r es t u d i e db yt a k i n g a e e o u to fi n t r a c a v i t yl i g h ti n t e n s i t y ，p o p u l a t i o ni n v e r s i o nd e n s i t yo fa c t i v e m e d i u ma n dt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fp o p u l a t i o nd e n s i t yi ng r o u n ds t a t ea n d e x c i t e ds t a t e t h er e s o l u t i o n sw e r eg a i n e d w i t ht h er a t ee q u a t i o nt h e o r y ，w e m e a s u r e dt h ed e p e n d e n c eo ft h et r a n s m i s s i o n so fc o ：l m ac r y s t ao nl i g h te n e r g y d e n s i t ya n d c a e u l a t e dt h ec r o s ss e c t i o n si n g r o u ds t a t e a n de x c i t e ds t a t e ( c h a p t e r2 ) 强f i a s h i a 豫pp u m p e dn d ：y a g1 a s e r s p a s s i v e l yq - s w i t c h e do p e r a t i o no faf i a s h l a m p p u m p e d 1 319 p r on d ：y a g l a s e ri sr e a l i z e db yu s i n gc 0 2 + ：l a m g a i it o t 9r c o ：l m a ) a ss a t u r a b l ea b s o r b e r t h ep u m p i n gp r o p e r t i e so ff l a s h l a m pa n dc h a r a c t e r i s t i c so fn d ：y a gc r y s t a l w e r ei n v e s t i g a t e dd e e p l y + u s i n gp i a n o p i a n or e s o n a t o ra n df l a s h l a m pp u m p i n g s o u r c e ，w es t u d i e dt h e s t a t i ca n dp a s s i v e l yq - s w i t c h e do p e r a t i o nw i t h o u t i n t r a e a v i t yf o c u s i n gw i t hc o ：l m aa ss a t u r a b l ea b s o r b e r i ti st h ef i r s tt i m et h a t w eo b t a i nt h ee x p e r i m e n tr e s u l t sw i t ht h e s el a s e rc o n f i g u r a t i o n 。t h eo p e r a t i o n p r o p e r t i e so fs t a t i ca n dd y n a m i co p e r a t i o n sw e r ed i s c u s s e dt h e o r e t i c a l l ya n d t h e 5 国蒡；夫拳浮毒攀蕴论文 o p e r a t i o np a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sr e v e a l e dt h a tc o ：l m a c r y s t a lw a sag o o ds a t u r a b l e a b s o r b e rf o r1 3pmp a s s i v e l y q - s w i t c h i n g 。i to w n e de x c e l l e n ts a t u r a b l e c h a r a c t e r i s t i c s 。t h el a s e rp e r f o r m a n c es h o u l db ei m p r o v e di ft h es u r f a c eo f c o ：l m ac r y s t a lw a sc o a t e d ( c h a p t e r3 ) i i i f i a s h i a m pp u m p e de r ：g i a s sf a s e r s t h eo p e r a t i o no fl ，5 4 # me r ：g l a s sl a s e r p u m p e db yf l a s h l a m pw i t h c 0 2 ：l a m g a l lt 0 1 9 ( c o ：l m a ) a sas a t u r a b l ea b s o r b e rw a s e x p e r i m e n t a l d e m o n s t r a t e d t h es t a t i ca n dd y n a m i cp r o p e r t i e so ft h i sl a s e rw e r es t u d i e dw i t h d i f f e r e n tt r a n s m i s s i o n so fo u t p u tc o u p l e r s 。t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t w h e nt h et r a n s m i s s i o no fo u t p u tc o u p l e rw a si5 t h eh i g hs l o pe f f i c i e n c ya n d e n e r g yc o n v e r s i o ne f f i c i e n c yw e r eg o tu n d e rs t a t i co p e r a t i o n ，w h e r e a st h eh i g h e r s i n g l ep u l s ee n e r g ya n dn a r r o w e ro u t p u tp u l s ew i d t hw e r eg o tu n d e rq s w i t c h i n g o p e r a t i o n u s i n gc 0 2 + ：l a m g a i j ) 0 19a ss a t u r a b l ea b s o r b e r ，w ed e m o n s t r a t e dt h eg o o d o p e r a t i o no f1 + 5 4 转擞e r ：g l a s sl a s e re x p e r i m e n t l y + t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e c r y s t a l c o ”：l a m g a l l l 0 1 9w a sag o o dq s w i t c h 。w i t ht h i sl a s e r ，w eg o tt h e n a r r o wp u l s ew i d t h ( 5 5 n s a n dh i g hp u l s ep e a kp o w e r ( o 8 6 m w ) u n d e rs i n g l e o u t p u tp u l s e ( c h a p t e r3 i vl dp u m p e da - c u th d ：a d v o 1 a s e r s w ed e e p l ya n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo ft h el a s e rr e s o n a t o rc o n f i g u r a t i o no n l a s e rp u m pt h r e s h o d 。o nt h eb a s i so f i n v e s t i g a t i o no fe m i s s i o nc r o s ss e c t i o no f a - c u tn d ：g d v 0 4c r y s t a l ，w eo b t a i n e dt h eg o o dm a t c h i n gb e t w e e nt h i se m i s s i o n c r o s ss e c t i o na n dt h ea b s o r p t i o nc r o s ss e c t i o no fc o ：l m ac r y s t a la n dt h e e f f e c t i v ea r e ao fl i g h tb e a mi ng a i nm e d i u mw i t hap i a n o - c o n c a v er e s o n a t o r u s i n gp i a n o - c o n c a v er e s o n a t o r , w es t u d i e dt h ep r o p e r t i e so fs t a t i ca n d p a s s i v e l yq s w i t c h e do p e r a t i o n sw i t ha - c u tn d ：g d v 0 4c r y s t a la sg a i nm e d i u m 。 t oc o n s t r u c t i n gal a s e rr e s o n a t o r ，e s p e c i a l l y ，w ea r r a n g e dac o n c a v el e n sa sr e a r m i r r o ra n dap i a n ol e n sa so u t p u tc o u p l e r t h i s c o n f i g u r a t i o no v e r c a m et h e d i s a d v a n t a g e so fi n t r a c a v i t yf o c u s i n gu n d e rt h es i t u a t i o nw h e nt h ee m i s s i o n 矗 山东大学博士学位论文 c r o s ss e c t i o no fg a i nm e d i u mw a sb i g g e rt h a nt h ea b s o r p t i o nc r o s ss e c t i o no f s a t u r a b l ea b s o r b e r f o rt h ef i r s tt i m e ，w ea p p l i e dc o ：l m ac r y s t a la ss a t u r a b l e a b s o r b e ri nt h i se x p e r i m e n ta n di n v e s t i g a t e dt h eo u t p u tp r o p e r t i e sd e e p l yw i t h d i f f e r e n ti n i t i a lt r a n s m i s s i o n so fc o ：l m ac r y s t a l ( c h a p t e r4 1 vl dp u m p e dc - o u tn d ：g d v o i a s e r a t h e r ea r em a n yo b v i o u sd i f f e r e n c eb e t w e e nc h a r a c t e r i s t i c s o fa - c u t n d ：g d v 0 4a n dc - c u tn d ：g d v 0 4c r y s t a l s b y m e a n so fs t u d y i n go ft h e c h a r a c t e r i s t i c sa n ds p e c t r ap r o p e r t i e so fc - c u tn d ：g d v 0 4c r y s t a l ，a n df o rt h e f i r s tt i m e ，w ei n v e s t i g a t e dt h ep r o p e r t i e so fs t a t i ca n dp a s s i v e l yq - s w i t c h e d o p e r a t i o no f1 3 4p ma l ls o l i ds t a t e l a s e rw i t hc o ：l m ac r y s t a la ss a t u r a b l e a b s o r b e r t h r e ed i f f e r e n to u t p u tc o u p l e r sw i t ht r a n s m i s s i o n so f2 、5 5 a n d7 w e r eu s e di ns t a t i co p e r a t i o ne x p e r i m e n t t h eo p t i m a lo u t p u tt r a n s m i s s i o ni s t = 7 f o rs t a t i co p e r a t i o n f o rq s w i t c h e do p e r a t i o n 。w i t ht h eo u t p u tc o u p l e r t r a n s m i s s i o no f 丁= 5 5 w eu s e dt h r e ed i f f e r e n ts a t u r a b l ea b s o r b e rs l a b s w i t hi n i t i a lt r a n s m i s s i o n s9 0 ，8 5 a n d7 0 ，r e s p e c t i v e l y b u to n l yo n e a b s o r b e rs l a b ( t o = 9 0 、o p e r a t e dw e l l i tm e a n tt h a tt o 29 0 m a t c h e dt h e s e c o n dt h r e s h o l dc o n d i t i o nw e l l w ei n v e s t i g a t e dt h eo u t p u tp r o p e r t i e su n d e r t h i sc o n d i t i o n c o m p a r i n gw i t ha c u tn d ：g d v 0 4l a s e r a l t h o u g ht h er e a l i z a t i o n o fs t a t i ca n dp a s s i v e l yq s w i t c h e do p e r a t i o ni sm o r ee a s i l yt h a nt h a to fc - c u t n d ：g d v 0 4 ，t h ec c u tn d ：g d v 0 4c r y s t a li s m o r es u i t a b l ef o r p a s s i v e l y q - s w i t c h e do p e r a t i o na n dc a nb eo b t a i n e dh i g h e ro u t p u tp e a kp o w e r ( c h a p t e r4 ) k e y w o r d s ：p a s s i v e l yq s w i t c h e d ；c o ”：l a m g a i i l o l 9 ( c o ：l m a ) c r y s t a l ； f l a s h l a m pp u m p ；l dp u m p ；n d ：g d v 0 4c r y s t a l 7 由东大学鳞圭拳德论文 第一章引言 2 0 懿纪六手年我，毽舞上第一台经宝猫激光器戆密璇羚铡了科学骚究与 技术应用的新篇章，为科学技术的突飞猛进奠定了坚实的鏊础，同时也使固 体激光器的研究与应用愈来愈受到人们的关注。 八十年代激光二极管( l d ) 技术的出现，使得激光二极锝泵浦固态激光 器( d p s s l s ) 逐滚残为入粕磅变夔热趣漾熬。丸年霞以寒，对激走二掇管 泵浦固态激光器的理论与蜜验研究取得飞速发展，莠使全潮态激光器的研究 成为激光器研究的重要领域。激光二极管采浦全固态激光器的有效运转必须 具备两个条件 1 ，即：一激光增益介质成溺足够长以便充分吸收泵浦光能 量；二浆溃光束静尺寸娶小于或等于基攮尺寸戬能获褥足够离戆模式裰合 效率。为实现以上两个条箨，在全固态激毙器串常采瘸璃面泵溥( e n d p u m p i n g ) 方式。该种泵浦方式具有许多明舷的优势 2 3 ：1 离的泵浦功率产 生低的阚假和高的斜率效率的运转；2 泵浦结构( p u m pg e o m e t r y ) 可以为 本征振荡的t e m 。腔模形成一个增益孔径( g a i na p e r t u r e ) ；3 5 l o m m 长的 激毙会袋戆搜宽毙谱豢豹二缀警发嚣褥到鸯皴蔽毅班产生窝豹泵潺蘩率；4 由于裂浦光可被完全存储( d e p o s i t e d ) 我熬模体积内，因丽在这种泵清方 式中可以得到高的光学转换效率和泵浦耦含效率。 激光二极管泵浦全固态激光器由于其泵浦方式的优势以及其自身具有 瓣稳定饿好、结梅紧凑、淹念长，l 冀及发数度零、健链高等供患，嚣翦被广 泛应磺予激光通讯、遥感探溯，以及工韭、翠事、医疗窝秘学研究等等领域。 闪光灯泵浦方式在激光器研究的历史上曾发挥了重要的作用。虽然现在 越来越多地采用了激光二檄管的泵浦方式，但在某些场合闪光灯泵浦方式却 有着不可比拟的优势。因此，在以下的磺究忑作采用闪光烂和激光二极管两 耱苓瓣豹祭溱方式疆落滋= 者熬实爱玲篷。 本论文根据固体激光器的调q 特性，以新型w 饱和吸收体 c o ”：l a m g a l ，。0 。( c o ：l m a ) 为调q 晶体，分别用闪光灯泵浦n d ：y a g 激光晶 体发射1 3 1 9 m 激光、闪光灯泵浦e r ：g l a s s 激光介质发射1 5 4hm 激光 积强裂灌n d ：g d v o 。激充熬嚣发射l 。3 4 9 m 激建戆实验研究。深刻分辑了跌土 山东大学博士学位论文 激光器的输入输出特性；研究了这些激光器调q 运转对激光晶体材料发射裁 西与可饱和啜收俘基态及激发态吸枝截甏的配毙关系；并跃实验串得出了输 出特性最佳状态时的激光器输出耦合镜的透过率最传值；分析研究了激光器 应用巾的重要参数一峰值功攀在不同激光器结构参数情况下的变化。另夕卜， 俸巍激先技术应糟的一个领域还研究了i 0 6 瑟m 激光烧蚀k t a 麓俸诱导的等 离子体空间特性的光谱诊断。 本章将就研究使用豹激光晶体、可饱和吸收体以及被动调q 技术进行简 要论述。 一，研究骶使用的激光增益会鹱 n d ：y a f i 激光晶体 n d ”是最早用于激光器中的三价稀土离子，现在它仍然是该族中最重要 的元豢。目翦，至少已经在1 0 0 秽不同黪掺骞这秘离子的基质事孝料中获锝丁 受激发射，并且从n d 激光器中获得的功率要高予葵他任何霞能级誊季料。京 的主骚基质材料魑y a g 和玻璃。这些基质材料在中心波长为；0 9p1 1 1 、1 0 6 pm 秘i 。3 5 pi l l 豹三静跃迂巾，可获褥若予频率不闷的受激发射。这些波长 的辐射分别来自跃迁4 磊：一4 厶，4 只，2 4 ，4 焉2 4 五。，2 。n d ”：y a g 晶体 是一种非常成熟的四能级激光晶体，因欺增益高、热特性和机械特性良好丽 戒为强兹在科研、工业、医学1 嚣军事应蠲中最重要瓣潮髂激光器晶体。 n d ：y a g 晶体的上能级楚4 戌：( 其荧光寿命为2 3 0 # s ) ，由第三章的表l 弼 以知道1 3 1 9 m 激光是尼一m 的跃迁，它具有3 4 的相对强度，是较容易嶷 琨豹激毙跃迁。 。 2 e r ：g i a s s 就效率和输出能量而吉，铒激光器并不吸引人。然而，铒因为具有两种 令人钓感兴趣豹波长继瑟孳| 入注意。y a g 等晶体翅粜掺入裹浓度躲锤，裁霹 以输出2 9i im 友右