2微米holuvo_4固体激光器特性研究

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1、博士学位论文2微米Ho:LuVO4固体激光器特性研究RESEARCHONPROPERTIESOF2-MICRONHo:LuVO4SOLID-STATELASER崔铮哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN248.1学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学博士学位论文2微米Ho:LuVO4固体激光器特性研究博士研究生：崔铮导师：姚宝权教授副导师：段小明副教授申请学位：工学博士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN248.1U.D.C:535Dissertationfo

2、rtheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONPROPERTIESOF2-MICRONHo:LuVO4SOLID-STATELASERCandidate：CuiZhengSupervisor：Prof.YaoBaoquanViceSupervisor:A/Prof.DuanXiaomingAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2

3、016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要2μm波段不仅处于大气窗口和人眼安全波段，此外还有众多原子和分子（如H2O等）的吸收峰位于2μm波段，这使得该波段激光在激光医疗和激光雷达等领域具有广阔的应用前景。尤为重要的是，高峰值功率的2μm脉冲激光器可以作为光参量振荡器和光参量放大器的高效泵浦源，用以实现中远红外波段（3~12μm）激光输出。近年来，随着2μm波段激光器的发展，掺杂Tm3+/Ho3+的2μm固体激光器技术逐渐成熟。其中，能够在常温下稳定运行，且以氧化物和氟化物为基质的掺Ho

4、3+固体激光器得到了科研工作者的广泛研究。随着不同领域对2μm固体激光器应用需求的发展，对新型掺Ho3+激光介质的探索就具有了重要的科学研究及应用价值。鉴于此，本文对新型Ho:LuVO4激光介质及其2μm固体激光器输出特性开展了研究，以期为相关领域的拓展做出一定贡献。首先，结合目前实现2μm激光输出的技术方案，对近年来2μm激光器的发展状况进行阐述，并明确指出掺Ho3+固体激光器在2μm激光器发展中的重要性。通过对钒酸盐基质同氧化物基质、氟化物基质的比较，指出以钒酸盐为基质的2μm固体激光器优势，并对近年来以钒酸盐为基质的2μm固体激光器的发展状况进行了阐述。其次，准确测

5、量了Ho:LuVO4晶体的吸收光谱、荧光光谱以及荧光寿命，并根据Judd-Ofelt理论和Füchtbauer-Ladenberg方程计算了Ho:LuVO4晶体的各项光谱参数及其在2μm波段的光谱发射截面，并从理论上分析了不同粒子数反转比率下Ho:LuVO4晶体可能的振荡波长及其偏振态。建立了单端泵浦Ho:LuVO4晶体的热效应模型，并对其进行数值分析，获得了Ho:LuVO4晶体内部的温度场及热焦距情况，为单端泵浦Ho:LuVO4激光器的设计奠定基础。再次，理论上建立了描述掺Ho3+激光系统的准四能级速率方程模型，并结合Ho:LuVO4晶体参数，对准四能级速率方程进行数值

6、求解，讨论了上转换损耗和谐振腔往返损耗等参数对单端泵浦Ho:LuVO4激光器输出性能的影响；结合Ho:LuVO4晶体的热焦距情况，对单端泵浦Ho:LuVO4激光器的谐振腔进行设计，讨论了谐振腔长度和输出镜曲率对Ho:LuVO4晶体中心位置振荡光斑分布及谐振腔稳定性的影响。实验上采用1937.5nm输出的Tm:YAP固体激光器作为泵浦源，比较分析了输出镜透过率、谐振腔长度和晶体工作温度对单端泵浦Ho:LuVO4激光器输出性能的影响；在输出镜透过率T=20%，谐振腔长度L=110mm，晶体工作温度为290K，被吸收泵浦功率为12.3W时，实现最大输出功率为4.1W的2058.

7、4nm连续运转激光输出，相应的斜效率为43%。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文再次，理论上建立了掺Ho3+调Q激光系统的速率方程，并结合Ho:LuVO4晶体参数对主/被动调Q速率方程进行数值求解，讨论了脉冲宽度、脉冲能量和峰值功率的影响因素。实验上采用1937.5nm输出的Tm:YAP固体激光器作为泵浦源，比较分析了输出镜透过率和重复频率对基于声光Q开关的单端泵浦Ho:LuVO4主动调Q激光器输出性能的影响，在输出镜透过率T=20%，被吸收泵浦功率为12.3W，重复频率为20kHz时，实现了最大平均输出功率为4.1W，斜效