单LD双端同向π偏振泵浦Tm:YLF激光器

2μm激光作为高相干辐射光源,在激光医疗、激光雷达、光电对抗、材料加工等领域有非常重要的应用价值。通过建立考虑能量传递上转换效应的Tm:YLF激光器速率方程,从而分析了能量传递上转换(Energy Transfer Upconversion,ETU)效应对Tm:YLF激光器输出特性的影响;仿真分析双端偏振泵浦Tm:YLF晶体泵浦光分布情况。基于上述仿真分析结果,为获得更高的激光输出功率,采用单LD双端同向π偏振泵浦Tm:YLF激光器方法,提高增益介质的增益效果;当注入功率为47.43 W时,实现了稳定的最大激光输出功率为15.23 W,中心波长为1 907.46 nm,输出线宽为1.62 nm,对应光-光转换效率为32.11%,斜率效率为37.24%。

Tm：YLF激光器弛豫振荡问题的理论研究

鉴于Tm：YLF激光器的弛豫振荡容易引起激光器输出功率不稳定及光学元件的膜层损伤等问题，并且影响它在高重频几十kttz Ho：YAG激光器中的应用，本文从理论上分析了Tm：YLF激光器的弛豫振荡频率和弛豫振荡幅度，分析表明：Tm：YLF激光器的弛豫振荡频率随泵浦功率、谐振腔长度、输出镜反射率和激光上能级寿命的增加而增加；可以通过增加激光谐振腔Q值的办法来抑制弛豫振荡中的尖峰幅度。弛豫振荡是固体激光器研究中经常遇到的问题，是引起固体激光器输出波动的最重要机理，通过对Tm：YLF激光器弛豫振荡问题的理论研究，试图发现抑制Tm：YLF激光器连续工作时的尖峰脉冲现象的方法，从而实现激光功率信号的平滑无尖峰输出。

1．9μmTm：YLF激光器转换效率理论计算与分析

Tm：YLF晶体因其优良的机械性能及光谱特性，成为1．9μm激光器的首选晶体。为获得高效率、高功率的1．9μmTm：YLF激光，分析了Tm：YLF晶体的物化参数、光谱特性以及单掺Tm^3＋激光器的发光机理，从速率方程出发建立了Tm：YLF激光器转换效率的计算模型，利用该模型分析了输出镜透过率、泵浦一激光模式比等参数对Tm：YLF激光器转换效率的影响，并提出了参数设计范围。

Tm:YLF激光器温度场分布计算与实验

设计并研究了双晶四端泵浦的Tm:YLF激光器。利用Ansys软件中的稳态热分析模块计算了散热底板水通道在热交换系数分别为1000W/(m^2·℃)、4000W/(m^2·℃)、8000W/(m^2·℃)和15000W/(m^2·℃)以及采用TEC制冷时对应的晶体夹具及散热底板的温度分布。根据计算结果,在采用水温16℃中等强制对流及以上时与TEC制冷控温18~20℃时对Tm:YLF晶体冷却效果近似,可近似等效于TEC制冷。根据模拟计算的结果,设计了可用光纤耦合半导体激光器泵浦的U型腔结构Tm:YLF激光器。在采用16℃冷却水直接冷却晶体夹具时,单晶双端泵浦和双晶四端泵浦的Tm:YLF输出功率分别达到了25.9W和46W的激光输出,对应的斜效率分别为40.7%和37.1%。在实验过程中,晶体夹具未出现温度过高。实验结果说明设计的直接传导冷却系统可有效地冷却泵浦功率在140W时的双晶四端泵浦结构Tm:YLF晶体。

全固态窄线宽的1.9μm Tm:YLF激光器研究

目前Tm:YLF激光器输出线宽较宽,这导致其作为泵浦光源时效果不理想。从体光栅波长限制技术入手,实现了1.9μmTm:YLF激光器的窄线宽输出。实验选用的反射式体光栅厚度为6mm,调制折射率为3.5×10-4。此种参数的体光栅衍射效率为99.6%,衍射光谱宽度仅0.681nm。实验采用单LD双端泵浦方式,基于体光栅结合腔内插入双F-P标准具搭建激光器。当泵浦功率为49.58W时,最大输出功率为17.78W,光光转换效率为35.86%,斜率效率为42.89%,激光中心波长1908.55nm,线宽仅为0.1nm。

激光二极管端面抽运2μm Tm,Ho:YLF连续激光器的激光特性

根据能量在Tm3+离子和Ho3+离子之间的传递过程,给出了Tm,Ho:YLF激光器准三能级的速率方程,讨论了能量传递上转换及激光下能级粒子再吸收对Tm,Ho:YLF激光器运转的影响.报道了激光二极管抽运的Tm,Ho:YLF激光器的输出特性,室温下,在抽运功率为2.8 W时,获得了346 mW的TEM00模激光输出,阈值功率为138 mW,最大光-光效率为12.1%,并且将晶体保持在3个不同的温度下,给出了激光输出功率随抽运功率变化的实验结果.理论与实验结果吻合得比较好.

低温下运行的光纤耦合激光二极管抽运Tm,Ho∶YLF激光器

为了实现小型化、高功率、高效率连续2μm激光输出,采用中心波长792nm激光二极管(LD)抽运双掺杂Tm,Ho∶YLF晶体,将晶体封装在装有350mL液氮的杜瓦装置中,使其工作在77K温度条件下。光纤耦合激光二极管出纤功率14.8W,数值孔径0.3,芯径400μm。激光二极管端面抽运Tm,Ho∶YLF激光器,产生2.05μm线偏振连续激光输出,最大功率5.2W。由于Tm3+离子能级间的交叉弛豫效应导致的高抽运量子效率,实验获得的光-光转换效率为35%,斜度效率达到40%。采用双端面抽运结构,两个激光二极管注入功率29.6W时,Tm,Ho∶YLF激光器输出功率达10.2W,相当于光-光转换效率33%,斜度效率36%。

纵向抽运Tm,Ho∶YLF微片激光器激光特性的研究

从速率方程理论出发 ,得到了抽运功率阈值和激光输出功率的解析表达式。通过钛宝石激光器抽运Tm ,Ho∶YLF微片 ,获得 90mW的 2 μm波长激光连续输出。得到了抽运功率和输出功率之间的关系以及抽运光与振荡光之间的转换效率关系。