一、透明陶瓷激光器获得98.5mW连续激光输出(论文文献综述)
权聪[1](2021)在《2.7~3微米掺Er3+铝酸钇激光晶体的生长与性能研究》文中指出2.7~3 μm中红外激光在生物医疗、非线性光学、空间科学研究、激光雷达、遥感探测、环境污染监测、材料加工等领域均有着重要应用。在众多获得该波段激光的方式中,掺Er3+固体激光器可通过高功率~970nm激光二极管(Laser diode,LD)泵浦及Er3+-Er3+间的合作上转换获得超越Stokes极限的高效率激光输出,从而引起了广泛的研究和关注。Er:YAP晶体具有高热导率、低声子能量、自然双折射、线偏振激光输出等优点,在高功率中红外激光方面表现出独特的优势。但目前尚未有通过优化Er3+掺杂浓度或共掺退激活离子Pr3+改善Er:YAP晶体中红外激光性能的研究报道,关于采用LD泵浦EnYAP晶体实现2.7~3 μm中红外激光输出的研究也较少。为了进一步提高Er:YAP晶体的激光性能,获得高功率、高效率的中红外激光输出,本文将从泵浦方式、晶体取向、离子掺杂浓度等三个方面进行优化,并通过电光调Q技术压窄脉宽、提高激光峰值功率。具体研究内容如下:1.采用熔体提拉法成功生长出了高光学质量的不同浓度单掺Er:YAP晶体与双掺Er,Pr:YAP晶体,并对其物相结构和结晶质量进行了表征;对比了晶体的吸收光谱、荧光光谱及荧光辐射寿命,并对照Er3+与Pr3+的能级图分析光谱性能变化的原因及Er3+中红外荧光发射的机理。2.分别研究了氙灯泵浦、LD端面泵浦及LD侧面泵浦10 at%Er:YAP晶体的激光性能,并系统分析了三种泵浦方式的优缺点。总的来说,三种泵浦方式各有优劣,其中LD侧面泵浦能够获得高功率和高效率的准连续激光输出,是相对理想的泵浦方式。3.研究了 Er:YAP晶体的偏振特性及光学各向异性,发现晶体具有偏振吸收、偏振输出及多波长输出特性,有望通过采用线偏振激光提高晶体对泵浦光的吸收效率,进一步提高激光性能;不同轴向晶体的吸收系数和激光性能具有一定差异,较低泵浦功率下,在973 nm处具有较高吸收系数的a轴晶体激光性能更好;较高泵浦功率时,具有较高热导率和较小热膨胀系数的b轴晶体的性能更佳。4.对比研究了不同浓度掺杂Er:YAP和Er,Pr:YAP晶体的激光性能,并对影响晶体激光性能的主要因素进行分析,为晶体激光性能的进一步优化提供指导和依据。15 at%Er:YAP晶体激光性能相对较好,250和1000 Hz条件下分别实现了 23.5和11.1 W的高功率准连续激光输出,并采用凹端面晶体元件,将其提高到26.75和13.18 W;Er,Pr:YAP晶体输出功率和斜率效率较低,但适合用作调Q激光的工作物质。5.采用损伤阈值高、介电常数小的LGS晶体作为电光Q开关,研究了氙灯泵浦及LD侧面泵浦Er,Pr.YAP晶体的调Q激光性能,分别获得了 5 Hz,40 ns,1.59 MW和 150 Hz,61.2 ns,0.33 MW 的调 Q 脉冲激光输出。本论文的主要创新点如下:1.采用高浓度Er3+掺杂加强上转换和共掺退激活离子Pr3+降低激光下能级寿命两种方案,克服了Er3+发光的“自终止效应”,提高了晶体的激光效率;2.通过LD端面和侧面泵浦方式,实现了高光束质量和高功率的中红外激光输出;3.利用凹端面晶体元件补偿激光运转过程中的热透镜效应,进一步提高了晶体的性能;4.设计了基于LGS晶体的电光调Q开关实验装置,在氙灯泵浦及LD侧面泵浦条件下,Er,Pr:YAP晶体获得了窄脉宽和高峰值功率的调Q脉冲激光输出。本论文的研究工作为中红外掺Er3+固体激光的性能优化及其晶体材料的制备提供了重要参考,为高效率、高功率及高重频中红外Er3+激光的实际应用奠定了坚实的基础。
尤丽[2](2021)在《掺铒钇镓石榴石晶体生长及其激光性能研究》文中认为激光具有高相干性、高方向性、高单色性和高亮度的特点,经过六十余年的研究与发展,激光器已被广泛应用于国防军事、光纤通信和激光医疗等相关领域。激光器可分为染料激光器、气体激光器、半导体激光器和固体激光器。其中全固态激光器由于其输出波长稳定性好、结构紧凑体积小、工作效率高,在众多种类激光器之中脱颖而出。作为全固态激光器的核心材料,激光增益介质的性能对激光器的发展起着至关重要的作用。研制光学质量好、损伤阈值高、激光转化效率高、热学性能优异的激光增益介质是提升固体激光器性能最主要的方法之一。石榴石结构的氧化物晶体具有非常宽的透过光谱,且具有优异的机械性能、热学性质和光学性质。早在20世纪60年代,以Y3Al5O12(YAG)(钇铝石榴石)为代表的石榴石结构激光晶体就受到科学家们的广泛关注。至今,多种石榴石结构系列晶体已经作为激光增益介质应用于固体激光器中。1.5~1.6μm近红外激光位于人眼安全波段,同时又处于大气透明窗口,因此在太空科学研究、遥感测距和多普勒测风雷达等领域具有重要的应用价值。3μm波段的中红外激光位于水的强吸收峰附近,在高温下是黑体辐射的主要能量区,因此在激光医疗、激光武器和导弹制导等方面有重要的应用前景。铒离子(Er3+)具有丰富的能级结构,4Ⅰ11/2→4Ⅰ13/2能级之间的电子跃迁可以产生2.7-3 μm波段的激光,4Ⅰ13/2→4Ⅰ15/2能级之间的电子跃迁可以产生1.5-1.7 μm波段的激光。目前掺Er3+离子的激光晶体是用于1.6 μm和3 μm波段固体激光器的主要增益介质。1.6μm波段的激光器采用同带泵浦技术可以实现高功率、高效率的激光输出。但目前仅在光纤激光器领域获得了较高效率的激光输出,1.6 μm固体激光器的激光输出效率还有待进一步提高。3 μm固体激光器如今面临的主要难题是Er3+离子4111/2能级寿命远小于4113/2能级寿命,在激光震荡过程中存在严重的自终止现象;同时以波长为976 nm的半导体激光器做泵浦源激发3 μm波段激光时,会产生高达2/3的量子亏损,出现严重的热效应,从而导致难以获得高功率、高效率的激光输出。在本论文中以能量回收效应为理论基础,探索在3 μm波段激光性能更为优异的基质材料。针对以上问题,选择了声子能量低于YAG晶体且热学性质优良的Y3Ga5O12(YGG)晶体作为激光基质材料;采用光学浮区法生长了高质量的Er:YGG晶体,表征了该晶体的结构和组分;测试了晶体的热学性质和室温下的光学性质;以高浓度掺杂的Er:YGG晶体为激光增益介质实现了高功率、高效率的2.82 μm波长的连续激光输出;以低浓度掺杂的Er:YGG晶体为激光增益介质实现了高效率的1.64μm波长的连续激光输出;并以Co:LaMgAl11O19晶体作为可饱和吸收体实现了 1.64 μm波段的被动调Q激光输出。论文的主要工作内容如下:1.Er:YGG晶体生长本论文中首先分析了利用光浮区法生长Er:YGG晶体的优势,通过对晶体生长工艺参数的优化,成功生长了不同掺杂浓度(0.5、5、10、20和30at.%)、大尺寸(最大尺寸为φ5×35 mm3)、光学质量良好的Er:YGG单晶;并详细分析了影响晶体质量的因素,包括原料的配制、料棒的制备、晶体生长的速度和转速以及枝晶问题,探索出了一套完整的晶体生长工艺。2.Er:YGG晶体性能表征(1)晶体结构和组分测试在晶体结构测试方面,利用X射线粉末衍射仪测试了晶体的XRD图谱。测试结果显示XRD衍射谱线与YGG晶体的标准卡片衍射峰吻合,可知Er:YGG晶体属于Ia3d空间群,m3m点群,并证明了所生长的晶体具有单晶性和高质量性。Er:YGG晶体粉末XRD精修数据表明,Er:YGG晶体的晶胞参数随着Er3+离子掺杂浓度的增大而减小。在组分测试方面,利用X射线荧光光谱法测试了晶体中Er和Y两种元素的有效分凝系数。由测试结果可知在Er:YGG晶体中,Er3+和Y3+离子的有效分凝系数都接近1。说明各元素在晶体生长过程中分布均匀,实际掺杂浓度与预期掺杂浓度基本一致,实现了组分均匀、高质量单晶的生长。(2)晶体热学性能表征在热学性质方面,测试了Er:YGG晶体的热膨胀、密度、比热、热扩散和热导率,并研究了上述性质随温度变化的规律。当晶体掺杂浓度为0.5、5、10、20和30 at.%时,对应的室温热导率分别为9.7、7.73、7.52、7.23和6.80 W/mK。结果表明,随着掺杂离子浓度的增加,热导率随之减小。(3)晶体光学性质表征在吸收光谱方面,测试了 Er:YGG晶体在室温下的吸收光谱。其中高浓度掺杂的Er:YGG晶体(掺杂浓度为5、10、20和30at.%的晶体)在970 nm附近有较宽的吸收范围,半峰宽为19 nm,其较宽的吸收带降低了对泵浦波长稳定性的要求。离子掺杂浓度0.5 at.%的Er:YGG晶体在1466 nm处有较强的吸收峰,半峰宽为29 nm,吸收截面为9.8×10-21 cm2。通过Er:YGG晶体的荧光寿命和室温发射光谱,发现YGG基质晶体的能级寿命对离子浓度变化较为敏感。Er3+离子浓度为30 at.%的Er:YGG晶体比Er:YAG晶体具有更短的下能级寿命和更长的上能级寿命,在3 μm波段激光输出方面具有更大的优势。Er3+离子浓度为0.5 at.%的Er:YGG晶体相比于Er:YAG晶体,具有更长的荧光寿命和更小的发射截面,从而可以看出Er:YGG晶体具有更强的储能能力,因此对被动脉冲激光输出实验具有重要应用价值。3.激光实验(1)以掺杂浓度为5、10、20和30 at.%的Er:YGG晶体为激光增益介质,实现了中心波长2.82 μm的激光输出。其中掺杂浓度为10 at.%的Er:YGG晶体获得了最大的激光输出功率1.38 W和最大的斜效率35.4%,突破了量子极限(976/2820=34.6%)。(2)以掺杂浓度为0.5at.%的Er:YGG晶体作为激光增益介质,获得了 1641 nm和1650nm的双波长连续激光输出,最高输出功率为3.34W,最大斜效率为42.1%。根据吸收和发射截面,计算了 Er3+离子浓度0.5 at.%的Er:YGG晶体的有效增益截面。从增益光谱可以看出,Er:YGG晶体具有较宽的增益范围,当β>0.25时可获得1640 nm到1650 nm之间的正增益波段。(3)以Co:LaMgAl11O19晶体作为Q开关进行了 1.6 μm波段的被动调Q实验。结果表明调Q性能与Co:LaMgAl11O19晶体的厚度和调制深度密切相关。在实验中,使用厚度为1.05 mm的Co:LaMgAl11O19晶体获得了最短脉宽2.27 μs,使用厚度为0.35 mm的Co:LaMgAl11O19晶体在实验中获得了最大脉冲能量15.49μJ和最高峰值功率4.30 W。脉冲激光的中心波长位于1642 nm和1650 nm,相比于连续激光,脉冲激光具有更窄的发射谱线。综上所述,Er:YGG晶体具有优异的热学性质和激光输出性能,是一种极具应用前景的激光增益介质,在1.6 μm和3 μm波段全固态激光器领域中有着巨大的应用潜力。
王飞,彭跃峰,唐定远,沈德元[3](2021)在《基于透明陶瓷材料的激光研究进展》文中认为陶瓷激光器是一种以透明陶瓷材料作为增益介质的激光器。与单晶相比,透明陶瓷具有制备周期短和烧结温度低等优势,在激活离子高掺杂浓度下能保证良好的光学均匀性,且容易制备成各种大尺寸复合结构。近年在高功率和超短超强激光输出方面得到广泛应用,产生了一系列研究成果。回顾了陶瓷激光器的发展历程,总结了透明陶瓷在高功率、超短超强脉冲激光输出和特殊波长激光输出等方面的最新进展,并阐述了基于陶瓷制备优势的新型激光材料的发展趋势。
李江,田丰,刘子玉[4](2020)在《中红外激光陶瓷的研究进展与展望》文中认为波段为2~5μm的中红外激光在国防、医疗、通信等方面有着特殊的重要应用,而直接产生中红外激光的增益介质主要包括气体激光介质、半导体、稀土离子或者过渡金属离子掺杂的化合物。本文首先介绍应用于中红外波段的发光离子(包括Tm3+,Ho3+,Er3+等稀土离子和Cr2+,Fe2+等过渡金属离子)光谱特性,然后重点介绍氧化物(包括石榴石和倍半氧化物)和II-VI族化合物(主要是ZnS/ZnSe)两大类中红外激光陶瓷材料的制备与激光性能。最后,对这两大类中红外激光陶瓷中存在的问题进行了分析,并对其发展方向进行了展望。
武柏屹[5](2020)在《微下拉法生长高质量YAG和YSGG激光单晶光纤及其应用技术研究》文中研究说明激光技术在军事国防、工业加工、日常生活等关键领域都具有广泛而不可替代的作用。随着激光技术的发展,激光器向着高功率、大能量、集成化、小型化、低成本方向发展。目前,传统的激光装置已经不能满足新场景、高性能的要求。以玻璃光纤激光器为代表的“第三代激光器”经过多年的研制,激光性能已经逐渐接近或赶超传统的激光系统。然而,由于石英玻璃光纤热导率低、适用波段窄、相干合成系统复杂等不足,使得玻璃光纤在实现高功率激光时会出现严重的热效应及非线性效应。目前,单根玻璃光纤激光输出极限为36.6kW,而这一限制会影响其在高功率、大能量、集成化、小型化需求下的进一步发展。因此,寻找新型高增益、低造价的激光增益介质进而突破现有技术瓶颈成为了当前激光材料领域的研究重点。激光单晶光纤作为一种介于体块晶体和玻璃光纤间的新型一维激光增益材料,兼顾了传统体块晶体材料的高增益以及玻璃光纤良好的散热性等优势,具有极限输出功率高、激光效率高、光束质量好等优点,有望解决固体激光器目前所遇到的功率限制。近年来,单晶光纤材料及器件的研究随着多种新型激光单晶光纤增益介质的研发与产业化,呈现出火热的发展态势。美国、法国、日本、俄罗斯、中国等国家也已相继设立单晶光纤相关的重点研究项目。目前YAG单晶光纤生长已经得到了较多报道,也实现了高效的“百瓦级”激光输出。但与此同时,单晶光纤目前仍然有较多基础问题需要解决。目前,国内外对单晶光纤研究主要集中在高质量单晶光纤纤芯的制备,国际上有多种可行的单晶光纤生长方法,如何对现有方法进行探索改进,寻找高效便捷的单晶光纤生长方法。此外,单晶光纤兼顾体块单晶和玻璃光纤的特点,但目前国际上对单晶光纤激光还停留在借鉴模仿阶段。所以在单晶光纤激光研究中,如何完善单晶光纤激光概念,充分发挥单晶光纤材料独有优势,是单晶光纤材料制备迈向器件应用的重要一步。我国在单晶光纤领域的研究起步较晚,单晶光纤作为新型激光增益基质,相关研究仍处于初期探索阶段,单晶光纤纤芯生长、装置改造、包层设计、质量评估、器件探索及性能优化等都需要进一步研究。其中,高质量单晶光纤的制备是实现激光应用的重要前提。本论文从技术应用到装备制造出发,针对单晶光纤在高功率激光和中红外激光方面的突出优势,选用高质量Y3A15012(YAG)及Y3Sc2Ga3012(YSGG)单晶光纤作为研究对象,以国家相关重点领域突破要求为牵引,对晶体生长方法、设备改进、生长工艺探索及优化、晶纤质量评价表征、晶纤加工及器件应用进行了系统探索,成功开展了晶纤核心缺陷、元素掺杂设计相关研究工作。此外,本论文首次报道了 Er,Nd:YSGG单晶光纤的设计与制备以及其光谱性能的探索与表征。本论文主要的研究内容和相关结论如下:Ⅰ.系统总结了激光陶瓷、激光玻璃及激光晶体的研究现状及发展趋势本论文从不同激光材料的结构特点出发,系统综述了激光陶瓷、激光玻璃及激光晶体等激光增益介质材料的制备方法、性能特点及研究现状,总结了实现高功率,大能量激光发展对增益介质材料的要求。着重对玻璃光纤和单晶光纤增益材料的概念、应用及发展趋势进行了概述,提出了本论文的研究意义、目的和内容。Ⅱ.工艺设备优化及Nd:YAG单晶光纤生长采用微下拉法进行了 Nd:YAG单晶光纤的生长研究,根据生长特点及材料特性,我们从坩埚设计、温场模拟、单晶光纤质量控制、籽晶选用等多方面对高质量大长径比单晶光纤生长技术开展了相关探索。利用自主搭建的高温单晶光纤生长炉,通过防震腔及流动气氛的引入,结合前期探索,分别以Nd:YAG多晶料及单晶料为原料成功制备出直径800 μm-1 mm,长度可达100 mm的高质量Nd:YAG单晶光纤。通过激光测微仪表征,光纤直径波动小于5%,表面光滑,透明无包裹物。通过X射线劳埃背反衍射仪及He-Ne激光系统等测试,证明优化生长的单晶光纤具有较高的光学质量,为后期单晶光纤应用于高功率激光系统提供了坚实的材料基础。Ⅲ.YAG单晶光纤定向生长及核心缺陷研究利用微下拉法生长单晶光纤的优势,采用定向籽晶生长技术,以<111>定向籽晶、<100>偏<110>15°定向籽晶及<100>定向籽晶成功生长了不同取向的YAG单晶光纤。通过对其加工后进行光学质量表征,系统地研究了籽晶定向及生长界面对晶体核心的影响,优化生长出了高光学质量单晶光纤。在获得高质量单晶光纤的基础上,对单晶光纤特征性能进行了表征,主要有:单晶性测试、直径起伏测试、稀土离子分布测试、光学质量表征及光学损耗等。测试结果证明高长径比单晶光纤为完整的单晶;端面为规则的圆形;稀土掺杂离子在晶纤中分布均一,光学质量良好,光学损耗较低。这些表征共同支撑起高质量单晶光纤质量表征体系,也同样为后期晶体的激光应用提供了便利。Ⅳ.基于Nd:YAG单晶光纤器件性能研究通过选用高质量1at./%Nd:YAG单晶光纤,设计并加工了 Nd:YAG激光元件,与山东大学何京良教授课题组合作开展了 Nd:YAG在1064 nm处连续激光输出实验。通过对晶体质量筛选及激光系统优化,最终实现了 8.32 W连续激光输出,斜效率为45.5%。这也是国内首次报道在1 μm处实现YAG单晶光纤的连续激光输出。与国际现有研究结果相比,该元件不仅实现了接近国际最高的53%的输出效率,同时,其光束质量因子M2=1.13也优于相关Nd:YAG单晶光纤报道,证明了该元件可以兼顾高输出效率与高光束质量。是实现新型高功率、高效率、高损伤阈值的潜力材料。与国防科学技术大学合作开展了 Nd:YAG模块在皮秒激光放大器应用研究,通过对晶纤稀土离子掺杂浓度及晶纤长度参数进行优化,证明了 0.3at.%Nd:YAG单晶光纤优异的放大性能,其放大器输出功率可达2.2 W,放大倍率达到2.2倍,而通常体块晶体不超过1.5倍。此外,种子光光束质量在通过晶体放大后仍维持在较高的水平,晶体内部光学质量较好,并且较低的掺杂离子浓度使得放大系统更加稳定,没有出现很强的热效应。目前该类单晶光纤放大模块被法国Fibercryst公司垄断,国际相关单晶光纤放大研究多依赖于其Taranis系列商品,该模块价格昂贵,并且无法根据需求来设计模块产品。而本论文中报道了单晶光纤在皮秒激光放大器应用的研究、器件及性能测试,成功实现了高重频短脉宽皮秒激光放大研究,其2.2倍激光放大性能也达到国际先进水平。该项研究也填补了国内单晶光纤材料相关领域的空白,推动了国内单晶光纤自主研制和应用推广。其优异的器件性能表明,Nd:YAG单晶光纤材料在光纤放大器领域具有良好的应用潜力。Ⅴ.Er:YSGG单晶光纤生长及基本性能表征单晶光纤的优势之一是可以选用合适的基质材料进行多种稀土离子掺杂从而获得目标波段的激光输出,相比于传统玻璃光纤在中红外波段较大的损耗,Er:YSGG单晶光纤在中共外波段损耗较小,并具有低的声子能量、高的掺杂离子浓度、传输损耗低和大的长径比等特点,使得其成为实现中红外激光输出的合适基质材料。利用微下拉单晶生长技术首次生长了 30at.%Er:YSGG单晶光纤,直径2mm,长度可达80 mm,晶纤透过率较高。XRF测试其Er3+离子浓度为28%,计算出Er3+在YSGG晶纤中的分凝系数接近于1,有利于设计生长高长径比高质量单晶光纤。此外,通过对晶体生长气氛的选择以及生长速度的调控,系统研究并优化了晶体生长过程中Ga2O3挥发所引起的缺陷,提高了晶体质量。Er:YSGG有望成为单晶光纤在中红外波段探索拓展的潜力材料。Ⅵ.Er,Nd:YSGG单晶光纤生长及Nd3+对3.0 μm光谱性能影响研究根据对Er3+和Nd3+能级分析,设计生长了 Er,Nd:YSGG单晶光纤,以解决Er3+激光系统中极易发生的自终态效应及低的吸收效率等问题。生长不同掺杂浓度的晶纤,通过对吸收光谱,发射光谱,荧光寿命进行对比分析。系统研究了 Nd3+对Er:YSGG在3.0 μm波段光谱性能的影响。优化后的双掺晶纤,将其Er:YSGG下能级寿命从6.05 ms,降至0.384 ms和0.245 ms,大大减少下能级Er3+:4I13/2粒子数布局,从而有利于实现粒子数反转。Nd3+离子在共掺体系中表现为敏化效应和退激活效应,能有效提高晶纤对泵浦能量的吸收,并抑制Er3+激光在3.0μm激光运转中出现的自终止瓶颈。Nd3+离子的引入很大程度上改善了 Er:YSGG在3.0μm波段性能,Er,Nd:YSGG单晶光纤将在高功率中红外激光输出中发挥重要的作用。
马聪宇[6](2020)在《2-3μm波段CNGS类激光晶体的探索及物化性能研究》文中研究说明伴随着激光技术越来越多的进入到人类生活的方方面面,科研工作者对于激光技术的研究也越来越广泛与深入。其中处于固体激光核心地位的激光增益介质对于激光器的激光性能起着至关重要的作用。增益介质的基质材料作为激活离子的载体决定了激活离子能否顺利且有效的进入激光材料,并且也决定了激光材料的热学性能、基本理化性能等;而作为介质发光中心的激活离子由于自身具有丰富的能级以及特征的核外电子排布,可通过能级跃迁向外界辐射能量,进而决定着激光材料的光谱特性。LGS(La3Ga5SiO14)晶体及其同型化合物是一类具有优异性能的压电材料。这些电学上的特点也引起了人们对于探索该类晶体能否成为具有多功能性的全固态激光器件的强烈兴趣。其中LGS系列晶体存在一类由两个或两个以上原子占据同一氧配位体的有序构型-CNGS晶体。CNGS晶体属三方晶系,32点群,P321空间群,非中心对称结构,因此由其结构特点可判断CNGS晶体在非线性光学上也具有潜在的应用价值。相比于LGS晶体,CNGS具有Ga元素含量低、优良的理化性质、良好的机械性能以及易于生长的特点。目前2-3 μm激光在当今社会的应用非常广泛。其中Tm3+在2 μm附近对应于3F4→3H6的能级跃迁,在800 nm附近对应有3H6-→3H4的谱线跃迁,其吸收带覆盖商用LD二极管泵浦的波长范围。Tm3+的电子可吸收LD泵浦至3H4能级,并会以无辐射弛豫的方式跃迁到3F4上激光能级以形成粒子数反转,大大提高了离子的量子效率。此外,Tm3+离子具有相对较长的激光上能级寿命,是典型的三能级系统,并且Tm3+激光器还是重要的可调谐激光光源。而在2.5-3 μm波长范围内,Er3+掺杂晶体由于4I11/2→→4I13/2的能级跃迁能够辐射2.8μm的中红外激光输出,Ho3+掺杂晶体由于5I6→→5I7的能级跃迁能够辐射2.8-3 μm的中红外激光输出。针对以上提及的问题及研究背景,本论文将CNGS晶体这一具有潜在多功能特性的光电材料结合稀土离子复杂能级的发光特性,以探索和研究该材料在近红外至中红外2-3 μm的光谱以及激光性能,其主要研究内容如下:1.Re:CNGS(Re=Tm,Er,Ho/Pr,Ho/Pr/Yb)晶体的提拉法生长工艺研究本论文利用提拉法分别生长了高质量单掺5 at.%Tm3+:CNGS、较高单掺浓度15 at.%Er3+:CNGS、共掺 1 at.%Ho3+/0.5 at.%Pr3+:CNGS 以及共掺 5 at.%Yb3+/1 at.%H03+/0.5 at.%Pr3+:CNGS晶体,对不同掺杂晶体的生长工艺进行了探索。在晶体生长过程中,我们在化学组份上对CNGS中Ca2+、Nb5+等阳离子格位进行调整,对温场进行改进,同时对课题组之前的CNGS晶体提拉法生长工艺的原料配比、固相合成方法以及生长工艺参数进行优化,通过合理调节生长气氛以及晶体尺寸,对每次晶体的生长条件以及晶体缺陷进行了分析,最终生长出了高质量稀土离子掺杂CNGS单晶。2.Re:CNGS(Re=Tm,Er,Ho/Pr,Ho/Pr/Yb)晶体结构与基本性能表征论文中我们分别对Tm:CNGS、Ho/Pr:CNGS和Yb/Ho/Pr:CNGS晶体的理论密度和实际密度进行了测量和计算,总体上CNGS的掺杂浓度与其密度呈现出正相关的关系。利用粉末衍射XPRD对晶体的物相进行了分析,确定了稀土掺杂后生长晶体与纯基质晶体的基本结构一致性,同时利用高分辨X射线衍射确定了晶体具有较高的结晶质量,并进一步拟合出了 Tm:CNGS、Ho/Pr:CNGS和Yb/Ho/Pr:CNGS 晶体的晶胞参数分别为 a=b=8.080A,c=4.996A,V=282.47A3、a=b=8.088A,c=4.980A,V=282.181A3与 a=b=8.078A,c=4.9920A,V=282.1081A3。利用Rietveld方法对Ho/Pr:CNGS晶体的结构进行了解析,得到了晶胞结构中的各原子坐标、原子间距、平均键长等数据,为后续的理论计算工作做了准备。最后,通过对生长晶体化学组份以及晶体生长质量的研究,确定了晶体稀土离子掺杂后各离子的掺杂浓度以及分凝系数。3.晶体热学性质的表征与研究作为固体激光增益介质,良好的热学性质是晶体至关重要的属性。介质具有较好的热学性能可以防止晶体在激光震荡时产生例如热透镜效应、介质开裂、光束质量差、多模输出等不利的影响。本论文对Tm:CNGS晶体的热扩散、比热、线性热膨胀进行了测试。计算得到了 Re:CNGS晶体的理论摩尔比热Cv为440.6J/(k·mol),Tm:CNGS的测量定压比热Cp为0.662]·g-1·K-1,略低于纯 CNGS 晶体的 0.578 J.g-1·K-1,而 Ho/Pr:CNGS 和 Yb/Ho/Pr:CNGS 晶体的比热相对于纯CNGS有所减小。同时,论文对Tm:CNGS晶体的热膨胀性质进行了研究,Tm:CNGS沿物理学X、Z轴的线性热膨胀系数分别为αX=5.88×10-6 K-1与αZ=7.07×10-6 K-1,与纯CNGS相比Tm:CNGS在温度升高时的热膨胀各向异性要更加明显。相比于钒酸盐体系与硼酸盐体系,Tm:CNGS具有较小的热膨胀系数与热膨胀各向异性。在热导率方面,Tm:CNGS晶体的热扩散系数随温度变化幅度较小,但总体趋势表现为温度越高,晶体的热扩散系数越小。300℃时,Tm:CNGS晶体在X方向和Z方向上的热扩散系数λx和λz分别为0.686 mm2 s-1和 0.773 mm2 s-1,热扩散系数分别为 κx=2.963 W/m·K,κZ=3.338 W/m·K。4.Tm:CNGS晶体的光谱性能表征与研究基于Tm3+在2μm的荧光特性,本论文对Tm:CNGS的吸收光谱、荧光光谱以及激光能级寿命进行了测量,最后对Tm:CNGS的连续激光性能进行了表征。对于Tm:CNGS的吸收特性,从400nm至2000nm区间,Tm:CNGS的非偏振吸收光谱在685 nm、793 nm、1211 nm和1669 nm处有强的吸收峰,对应于Tm3+的3H6→3H4能级跃迁,且位于商用LD泵浦源输出波长793 nm处的吸收系数、FWHM和吸收截面分别为2.96 cm-1、15 nm和5.01 × 10-21 cm2。在荧光特性方面,在1888 nm附近的发射峰具有最大的荧光强度,其FWHM约为164nm,且对应于Tm3+的3F4→3H6跃迁2 μm附近的荧光衰减约为2.345 ms。5.Tm:CNGS晶体的连续激光性能表征与研究在Tm:CNGS连续激光的测试中,调节泵浦源与谐振腔参数为纤芯直径100μm、聚焦系统1:2、输入镜IM为R=-200 mm,Toc=5%时可获得最优输出,当泵浦功率为5 W时,可获得最大功率为740mW的2 μm近红外激光震荡,其最大光转换效率为14%,斜率效率为17.07%。
刘博[7](2020)在《激光二极管泵浦的Tm:(Lu,Sc)2O3倍半氧化物陶瓷激光器研究》文中进行了进一步梳理透明陶瓷材料是一种新兴的激光器的增益介质,它的光学性能优异,可以和传统的单晶材料相比媲美,并且在物理性质和制备方面更具有得天独厚的优势。而Tm:(Lu,Sc)2O3混合立方倍半氧化物作为众多陶瓷材料中的一种,可以产生2μm的激光,这个波段的激光器的具有很好的安全性,并且应用广泛,十分具有研究前景。本文主要对Tm:(Lu,Sc)2O3混合立方倍半氧化物的性质和激光器进行了一些实验研究。首先,通过分析比较传统单晶和新型透明陶瓷之间的发展现状,比较了不同介质的激光器的性能,进行了简要分析。其次,从理论方面分析了一些固体激光器的理论知识,对实验的泵浦源进行了选取,使用793nm的LD作为泵浦源,使用了10/90刀口法对泵浦光的光斑半径进行了测量,得到的半径为430μm。并且讨论了在透明陶瓷材料中的能级分裂现象,通过对Tm3+离子的能级结构的分析建立了相应的速率方程。再者,并且详细分析了Tm:(Lu,Sc)2O3倍半氧化物的光学特点,并且同传统的单晶进行了对比分析,从陶瓷的制备方面说明了透明陶瓷材料的优缺点。在这些基础上,对Tm:(Lu,Sc)2O3固体激光器进行了理论分析和实验观察。分析了晶体的温度分布情况,通过计算得到了晶体内部的温度呈梯度分布,在输入光功率为30W时,中心温度和边缘温度差为20K;使用界稳腔法对热焦距进行了测量,在输入光功率为6W的时候,得到晶体的热焦距大小是49mm;理论计算了激光器的泵浦量子效率,得到了最佳晶体掺杂浓度在1.5at.%到3at.%之间;并且从四个不同的实验条件的影响对激光器的输出功率的影响进行了理论分析,最终确定了最佳的实验环境:最佳的晶体长度为10mm~15mm,最佳光腰位置在晶体中部,最佳泵浦光斑大小为300μm-400μm之间,最佳输出镜透过率在5%-10%之间;搭建了稳定的激光谐振腔,得到了2091nm的激光的输出,1.5at.%掺杂浓度的Tm:(Lu,Sc)2O3透明陶瓷激光器的理论斜率效率为18.14%,实验得到的斜效率为18.04%,输入功率为6.5W时,得到的输出激光功率为489m W;1.0at.%掺杂浓度的Tm:(Lu,Sc)2O3透明陶瓷激光器的理论斜率效率为8.55%,实验得到的斜率效率为8.87%,输入功率为41.1W时,得到的输出激光功率为2.92W。激光器的输出参数和理论计算得到了相互的印证。
欧阳诚[8](2020)在《近红外波段新型可调谐、高稳定锁模激光器的研究》文中提出激光是二十世纪最伟大的发明之一。而其中固体激光应用非常广泛,特别是在金属加工、医学、工业制造等方面,如眼科手术,红绿蓝(RGB)光源激光打印机和放映机,环境测量等。历史上,科学家们使用单晶或玻璃被用作固态激光器的增益介质,首先成功的是梅曼在1960年设计的红宝石激光器,而自从1964年人们使用Nd:YAG(Nd:Y3Al5O12)单晶在室温下成功产生连续波激光振荡以来,使用单晶的固体激光器的设计不断取得突破。而透明陶瓷激光材料因其相对于单晶激光的诸多优点而成为一种很有前途的候选增益介质。首先,陶瓷可以大量生产,其次,它们可以为高光束质量的光纤激光器提供增益介质,也可以制成结构复杂的复合激光介质,此外,陶瓷可以大量均匀地掺杂激光活性离子。它们还可用于制造新型激光材料,如倍半氧化物,这是传统熔体生长过程所不能生产的,这种新型激光材料具有抗激光损伤能力强、寿命长等优点,在高功率密度激光领域具有广阔的应用前景。所以使用透明陶瓷材料代替单晶材料作为激光增益介质已经成为研究热点。本文先围绕新型激光增益固体材料,理论分析了基质材料对光谱的影响因素以及热机械性能和热光性能,并且详细理论性地给出了能级系统的速率方程描述,从而预测激光输出的特性;随后分别设计和组建了连续波工作的陶瓷激光器和可调谐的陶瓷激光器,具体研究Yb:YAG(Yb:Y3Al5O12)和Yb:YSAG(Yb:Y3ScxAl5-xO12)两种不同基质陶瓷以及同种基质不同厚度陶瓷的光学和热学性能;因为固体激光器存在稳定性较差的缺点,因此开展高稳定的锁模激光器研究是必要的,所以基于半导体可饱和吸收镜技术,实现了全保偏光纤结构的高稳定性的超短锁模脉冲输出。本文具体研究工作内容如下:1.在掺镱激光增益固体材料方面,先分析了Yb3+作为活性离子与Nd3+相比的主要优点是效率高、产热低,量子缺陷小;然后确定镱作为掺杂元素,并且对比发现在透明陶瓷基质材料中掺杂倍半氧化物,增大了吸收截面和热导系数,从而增强了陶瓷抗激光损伤能力,体现了YSAG材料的耐损伤的优点;然后详细理论性地给出了能级系统的速率方程描述,预测激光输出的特性;最后介绍了激光器的组成和激光产生原理,为进一步研究掺镱陶瓷固体激光器的激光特性提供理论基础。2.在掺镱陶瓷连续激光振荡器研究方面,分别设计和组建了连续波工作的陶瓷激光器和可调谐的陶瓷激光器,具体对比研究Yb:YAG和Yb:YSAG两种不同基质陶瓷以及同种基质不同厚度陶瓷的光学和热学性能。在Yb:YSAG陶瓷激光器中,获得输出功率为1.79W,其对应的斜率效率为19.7%的连续激光,可调谐光谱范围超过19nm。3.因为固体激光器存在稳定性较差的缺点,因此开展高稳定的锁模激光器研究是必要的,首先,研究了光纤锁模激光器的锁模机制,结合理论分析设计并组建了基于半导体可饱和吸收体的全保偏掺铒光纤锁模振荡器,通过优化掺铒光纤放大器增益光纤长度,匹配放大器正负色散光纤长度,获得平均功率119mW,脉冲能量1.43nJ,脉冲宽度73fs的飞秒脉冲;进一步完成了具有抗环境干扰能力的集成化设计,并实现了振荡器重复频率与铷原子钟的精密锁定,重复频率稳定后的频率标准差为160μHz。4.最后使用集成化的半导体饱和吸收镜锁模和腔内插入的光栅还开展了双脉冲光纤锁模激光器的探索研究,获得了光谱重叠重复频率差为13kHz的两个不同锁模脉冲。基于同一个激光器产生两个重复频率有一定差别的锁模脉冲是高相干双光梳种子源的可替代方案。双脉冲激光器单个腔体不仅减小系统体积,还增强了输出两个锁模脉冲的相干性。
杨昊霖,陈玥,贾富强,王鹏飞[9](2020)在《陶瓷激光器研究进展》文中研究表明本文总结了YAG陶瓷激光器和倍半氧化物陶瓷激光器在高功率激光、超快激光以及中红外激光领域中的研究成果。通过回顾陶瓷激光器的研究进展,不仅揭示了激光陶瓷材料在固体激光器中的应用价值,还探讨了陶瓷激光器目前所面临的问题。最后对陶瓷激光器的未来发展方向做出展望。
王小磊[10](2019)在《多波长、亚纳秒Yb:YAG/Cr4+:YAG/YVO4被动调Q拉曼微片激光器的研究》文中研究说明多波长、高峰值功率脉冲激光器在激光探测、差分吸收雷达(DIAL)、激光干涉仪、光谱分析、全息测量、生物光子学以及非线性光学频率变换等领域有着广泛应用。借助受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering,简称SRS)技术可以实现多种激光波长激光同时输出,而且在频率转换过程中无需相位匹配,具有脉宽压缩和光束“净化”效应,是国际上非线性光学学科的研究热点。将SRS技术与“三明治”形式的被动调Q微片激光器相结合构成被动调Q拉曼微片激光器(passively Q-switched Raman microchip laser,简称 PQSRML)不仅可以拓宽传统微片激光器的输出波长范围和激光波长选择的灵活性,而且可以实现拉曼激光器的小型化。相比于传统的Nd3+离子掺杂的激光增益介质,Yb3+离子掺杂的激光材料具有无浓度淬灭效应、可实现高掺杂、热负载低的优势,使得其在作为被动调Q拉曼微片激光器的激光材料方面具有明显的优势。尽管在采用Yb:KGW、Yb:KYW、Yb:KLuW、Yb:YV04等晶体的被动调Q自拉曼结构的激光器中已实现基频光和拉曼光双波长输出,但是由于自拉曼晶体同时作为激光晶体和拉曼晶体,热效应严重,限制了其激光性能的提升,也不利于腔内基频光和拉曼光性能的分别优化,无法同时实现两种波长激光的高功率运转。因此,有必要研究将Yb3+离子掺杂的激光材料和拉曼介质分开的被动调Q拉曼微片激光器以期获得性能优良的多波长激光输出。本论文采用Yb:YAG晶体作为激光增益材料,YV04晶体作为拉曼频率转换晶体,开展了拉曼微片激光器的研究工作,在连续和被动调Q条件下获得了性能优良的多波长拉曼光运转。首先,在Yb:YAG/Nd:YV04连续拉曼微片激光器中实现频率间距随入射泵浦功率可调的1.05 多波长基频光和1.08 μm、1.11 μm多波长拉曼激光输出,获得了 260mW的拉曼激光输出。Yb:YAG/Nd:YV04连续拉曼微片激光器输出频率间距可调的1.05 μm、1.08 μm和1.11 μm激光为研制小型化太赫兹波提供了新型多波长激光光源。随后利用高掺杂的Yb:YAG晶体和晶格更完整的纯YV04晶体,在Yb:YAG/YV04拉曼微片激光器中实现了高光学转换效率的1.08 μm的拉曼激光输出。获得了最大输出功率为1.16 W、光-光转换效率为18.4%的拉曼激光输出。而且产生包含1个、2个和4个相位奇点的环形(LG0,1)、双涡旋阵列(two-vortex array)和四涡旋阵列(four-vortex array)等涡旋拉曼光。激光器输出光谱呈类光频梳结构,包含等间距排列的30个纵模,光谱宽度为7.64 nm,输出拉曼光波长从1072.49 nm延伸到1080.13 nm。本工作产生具有梳状光谱的涡旋阵列光束为小型激光器产生光频梳涡旋光束提供了新的研究思路。在连续多波长拉曼微片激光器的基础上,将Yb:YAG、YV04和Cr4+:YAG三种晶体元件通过“三明治”的方式构成动调Q拉曼微片激光器,获得了 1030 nm、1123 nm、1134 nm、1260 nm 四波长和 1030 nm、1050 nm、1079 nm、1134 nm、1156 nm和1260 nm六波长激光振荡。拉曼光的最大峰值功率为9.2 kW,最窄脉冲宽度为440 ps。相比于以前报道的基于Yb:KGW、Yb:KYW、Yb:KLuW、Yb:YVO4等晶体的自拉曼激光器,激光晶体和拉曼晶体的分立设计明显改善了激光器的热性能,提供了更多的波长组合的选择灵活性,获得了更高的峰值功率。本工作的结果相比于最新报道的Yb:KLuW自拉曼微片激光器(2015年,拉曼光脉冲输出性能为119 mW、3 μJ、1.5 kW、2 ns),拉曼光峰值功率提升了 5倍以上,拉曼光脉冲宽度只有其1/4。随后,采用工艺成熟、商品化的1030nm激光反射镜作为输出耦合镜,结合二倍频以及和频等二阶非线性频率转换效应获得了亚纳秒、多波长近红外拉曼光和绿光输出。拉曼光的最大平均输出功率增加到111.4 mW,相应脉冲能量为7μJ,峰值功率为8.9 kW。通过改变腔外KTP晶体与入射激光的夹角,获得相对强度可调谐的530 nm和549 nm双波长绿光。为了优化拉曼光输出性能,在理论上利用被动调Q拉曼微片激光器速率方程研究了拉曼光输出特性与输出耦合镜透过率(TOC)和Cr4+:YAG晶体的初始透过率(T0)的变化规律。研究表明,对于不同的T0,存在着一个优化的TOC可以实现大脉冲能量、高峰值功率、窄脉宽的拉曼脉冲激光输出。在实验中,采用T0=90%的Cr4+:YAG晶体和TOC=11%的输出耦合镜组合,将拉曼光平均输出功率提升为143 mW。使用T0=85%的Cr4+:YAG晶体和TOC=16%的输出耦合镜组合,拉曼光的脉冲能量提升到24.1 峰值功率提升为45.1 kW,最窄脉宽为505 ps,输出激光脉冲稳定。该结果是目前已报道的在连续泵浦条件下被动调Q拉曼微片激光器实现稳定输出的拉曼光峰值功率的最高值。为降低激光器的热效应,利用940 nm光纤耦合准连续LD泵浦,在Yb:YAG-Cr4+:YAG/YVO4复合晶体被动调Q平凹腔拉曼激光器中,得到466 ps的亚纳秒拉曼激光输出,峰值功率达到95 kW,单个泵浦脉冲下拉曼脉冲重复频率达到87.8 kHz。平凹腔结构的腔长调整灵活,便于调节谐振腔内束腰的位置和尺寸,为今后在谐振腔内加入KTP、LBO等二阶非线性晶体,发展多波长、亚纳秒被动调Q可见光拉曼激光器具有指导意义。本论文的研究成果在理论和实践方面为今后推动基于Yb3+离子掺杂激光材料的波长间距可控、多波长、大能量、高峰值功率被动调Q拉曼微片激光器的发展具有一定的参考价值。
二、透明陶瓷激光器获得98.5mW连续激光输出(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、透明陶瓷激光器获得98.5mW连续激光输出(论文提纲范文)
(1)2.7~3微米掺Er3+铝酸钇激光晶体的生长与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 激光器的发展与分类 |
1.1.1 按工作物质分类 |
1.1.2 按工作波段分类 |
1.2 中红外2.7~3μm激光 |
1.2.1 常见的几种获得2.7~3μm激光的方式 |
1.2.2 中红外掺Er~(3+)固体激光器 |
1.3 掺Er~(3+)中红外激光晶体研究现状 |
1.3.1 掺Er~(3+)氟化物晶体 |
1.3.2 掺Er~(3+)石榴石结构氧化物激光晶体 |
1.3.3 掺Er~(3+)倍半氧化物激光晶体 |
1.3.4 掺Er~(3+)钙钛矿结构激光晶体 |
1.4 论文的研究内容与目的 |
第2章 Er:YAP系列晶体的生长及光谱性能 |
2.1 提拉法晶体生长技术 |
2.2 晶体生长 |
2.2.1 晶体生长过程 |
2.2.2 晶体生长 |
2.3 晶体的结构与质量表征 |
2.3.1 X射线衍射分析 |
2.3.2 X射线摇摆曲线 |
2.4 晶体的光谱性能表征 |
2.4.1 吸收光谱 |
2.4.2 荧光光谱 |
2.4.3 荧光寿命与发射截面 |
2.5 本章小结 |
第3章 10at% Er:YAP晶体的激光性能 |
3.1 氙灯泵浦Er:YAP晶体 |
3.1.1 实验装置 |
3.1.2 激光性能 |
3.1.3 热分布模拟与热焦距测量 |
3.1.4 光束质量表征 |
3.1.5 激光输出波长 |
3.2 LD端面泵浦Er:YAP晶体的激光性能 |
3.2.1 实验装置 |
3.2.2 温度分布模拟和热焦距 |
3.2.3 激光性能 |
3.2.4 激光光束质量 |
3.2.5 激光光谱 |
3.3 LD侧面泵浦Er:YAP激光 |
3.3.1 实验装置 |
3.3.2 激光性能 |
3.3.3 激光波长 |
3.4 本章小结 |
第4章 Er:YAP晶体的偏振输出特性和各向异性 |
4.1 Er:YAP晶体的偏振输出特性 |
4.1.1 实验装置图 |
4.1.2 偏振吸收光谱 |
4.1.3 氙灯泵浦 |
4.1.4 LD泵浦 |
4.1.5 低温吸收光谱及激光上下能级的指认 |
4.2 Er:YAP晶体的各向异性输出特性 |
4.2.1 吸收光谱 |
4.2.2 激光性能 |
4.2.3 激光光谱 |
4.3 本章小结 |
第5章 掺铒YAP晶体的激光性能优化 |
5.1 不同浓度Er~(3+)掺杂YAP晶体的激光性能 |
5.1.1 氙灯泵浦 |
5.1.2 LD侧面泵浦 |
5.2 Er,Pr:YAP晶体的激光性能 |
5.2.1 氙灯泵浦 |
5.2.2 LD端面泵浦 |
5.2.3 LD侧面泵浦 |
5.2.4 Er:YAP与Er,Pr:YAP晶体的激光性能对比 |
5.3 凹端面15 at% Er:YAP晶体的激光性能 |
5.3.1 激光性能 |
5.3.2 热焦距 |
5.3.3 激光光束质量 |
5.4 本章小结 |
第6章 Er,Pr:YAP晶体的电光调Q |
6.1 电光调Q技术与LGS晶体 |
6.1.1 电光调Q技术 |
6.1.2 LGS晶体 |
6.2 氙灯泵浦Er,Pr:YAP晶体的调Q激光性能 |
6.2.1 实验装置 |
6.2.2 调Q激光性能 |
6.2.3 光束质量与激光波长 |
6.3 LD侧面泵浦Er,Pr:YAP晶体电光调Q |
6.3.1 调Q实验装置 |
6.3.2 调Q激光性能 |
6.3.3 光束质量 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
附录A:图注 |
附录B:表注 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(2)掺铒钇镓石榴石晶体生长及其激光性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
§1.1 引言 |
§1.2 1.6μm和3μm激光简介 |
§1.3 1.6μm和3μm激光器研究现状 |
§1.3.1 1.6μm激光器研究现状 |
§1.3.2 3μm激光器研究现状 |
§1.4 激光增益介质的选择 |
§1.5 本论文的主要研究工作 |
参考文献 |
第二章 掺铒钇镓石榴石晶体生长 |
§2.1 引言 |
§2.2 光浮区法晶体生长概述 |
§2.3 掺铒钇镓石榴石晶体生长 |
§2.3.1 多晶料制备 |
§2.3.2 多晶料棒的制备 |
§2.3.3 晶体生长工艺及退火 |
§2.4 影响晶体质量的因素 |
§2.5 本章小结 |
参考文献 |
第三章 Er:YGG晶体结构、组分及热学性质表征 |
§3.1 引言 |
§3.2 Er:YGG晶体结构分析 |
§3.3 Er:YGG晶体组分表征 |
§3.4 Er:YGG晶体热学性质表征 |
§3.4.1 热膨胀和密度 |
§3.4.2 比热容 |
§3.4.3 热扩散及热导率 |
§3.4.4 热冲击系数 |
§3.5 本章小结 |
参考文献 |
第四章 Er:YGG晶体光学性质表征 |
§4.1 引言 |
§4.2 吸收光谱 |
§4.3 荧光寿命 |
§4.4 荧光光谱 |
§4.5 本章小结 |
参考文献 |
第五章 Er:YGG晶体激光性能研究 |
§5.1 引言 |
§5.2 铒离子的交叉弛豫 |
§5.3 3μm连续激光实验 |
§5.4 1.6μm连续激光实验 |
§5.5 1.6μm被动调Q激光实验 |
§5.6 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
§6.1 主要研究工作 |
§6.2 主要创新点 |
§6.3 有待进一步开展的工作 |
攻读博士学位期间发表论文情况 |
攻读博士学位期间所获奖励以及专利申请情况 |
致谢 |
Paper 1 |
Paper 2 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(3)基于透明陶瓷材料的激光研究进展(论文提纲范文)
1 引 言 |
2 陶瓷激光器的发展历程 |
3 透明陶瓷激光技术的特色和优势 |
3.1 基于陶瓷制备工艺的脉冲激光技术 |
3.2 基于陶瓷制备优势的倍半氧化物增益介质 |
3.3 基于陶瓷制备优势的3 μm激光技术 |
3.4 复合结构陶瓷激光技术 |
4 结束语 |
(4)中红外激光陶瓷的研究进展与展望(论文提纲范文)
0 引 言 |
1 应用于中红外波段的发光离子光谱特性 |
1.1 稀土激活离子的光谱特性 |
1.1.1 Tm3+在激光增益介质中的光谱特性 |
1.1.2 Ho3+在激光增益介质中的光谱特性 |
1.1.3 Er3+在激光增益介质中的光谱特性 |
1.2 过渡金属激活离子的光谱特性 |
2 中红外激光陶瓷的制备及激光性能 |
2.1 稀土离子掺杂的中红外激光陶瓷的制备 |
2.2 稀土离子掺杂透明陶瓷的激光性能 |
2.2.1 Tm3+掺杂透明陶瓷的激光性能 |
2.2.2 Ho3+掺杂透明陶瓷的激光性能 |
2.2.3 Er3+掺杂的透明陶瓷激光性能 |
2.3 过渡金属离子掺杂多晶ZnSe/ZnS透明陶瓷的制备和激光性能 |
3 结语与展望 |
(5)微下拉法生长高质量YAG和YSGG激光单晶光纤及其应用技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 激光增益介质概述 |
1.3 单晶光纤材料 |
1.3.1 单晶光纤概念及特点 |
1.3.2 单晶光纤生长方法及包层研究 |
1.3.3 单晶光纤发展现状 |
1.4 微下拉单晶生长技术(μ-PD) |
1.4.1 微下拉法概述 |
1.4.2 微下拉法单晶生长技术研究 |
1.5 本论文的选题意义、目的及主要研究内容 |
1.6 参考文献 |
第二章 实验中使用的仪器、试剂及测试方法 |
2.1 单晶光纤生长影响因素 |
2.2 实验试剂、测试方法及条件 |
2.2.1 实验试剂 |
2.2.2 单晶光纤质量评价 |
2.2.3 元素组成分析 |
2.2.4 光学性质 |
第三章 Nd: YAG单晶光纤生长及性能表征 |
3.1 引言 |
3.2 微下拉单晶生长设备 |
3.3 Nd: YAG单晶生长 |
3.3.1 多晶料合成 |
3.3.2 设备改进及工艺优化 |
3.3.3 定向籽晶生长与加工 |
3.3.4 溶胶凝胶法制备单晶光纤包层 |
3.4 晶体质量表征 |
3.4.1 单晶结晶性能测试 |
3.4.2 直径起伏测试 |
3.4.3 离子分布测试 |
3.4.4 光纤损耗测试 |
3.4.5 光学质量表征 |
3.5 YAG晶体中应力集中区(核心)研究 |
3.5.1 YAG晶体应力核心研究 |
3.5.2 减小单晶光纤应力核心的探索 |
3.6 本章小结 |
3.7 参考文献 |
第四章 Nd: YAG单晶光纤连续激光输出及激光放大应用 |
4.1 引言 |
4.2 单晶光纤连续激光输出 |
4.2.1 实验装置 |
4.2.2 激光实验 |
4.3 双程激光放大实验 |
4.3.1 实验装置 |
4.3.2 激光实验 |
4.4 本章小结 |
4.5 参考文献 |
第五章 Er: YSGG单晶光纤的生长及性能表征 |
5.1 引言 |
5.2 单晶生长 |
5.2.1 多晶料合成 |
5.2.2 生长条件探索及工艺优化 |
5.2.3 晶胞参数测试 |
5.3 晶体质量表征 |
5.3.1 单晶性能测试 |
5.3.2 离子浓度分布 |
5.3.3 光学质量表征 |
5.3.4 光谱性能表征 |
5.4 本章小结 |
5.5 参考文献 |
第六章 共掺Nd~(3+)对Er:YSGG单晶光纤3μm光谱性能影响 |
6.1 引言 |
6.2 晶体生长 |
6.3 热学性能表征 |
6.4 Nd~(3+)敏化效应研究 |
6.4.1 吸收光谱分析 |
6.4.2 发射光谱分析 |
6.5 Nd~(3+)退激活效应研究 |
6.5.1 荧光寿命分析 |
6.5.2 Nd~(3+)退激活作用机理 |
6.6 本章小结 |
6.7 参考文献 |
第七章 总结与展望 |
7.1 论文总结 |
7.2 论文创新点 |
7.3 有待开展的工作 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
攻读学位期间所获荣誉与奖励 |
攻读学位期间参加的会议 |
攻读学位期间参与的项目 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(6)2-3μm波段CNGS类激光晶体的探索及物化性能研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 固体激光增益介质的现状与发展 |
1.2.1 激光玻璃 |
1.2.2 激光晶体 |
1.2.3 激光陶瓷 |
1.2.4 光纤激光 |
1.3 掺杂型激光晶体中激活离子的选择 |
1.4 2-3μm波段中红外激光晶体的发展与现状 |
1.4.1 2-3μm波段激光应用背景 |
1.4.2 铥离子掺杂激光晶体的发展 |
1.4.3 铒、钬离子掺杂中红外输出激光晶体的研究进展 |
1.5 功能型LGS系列激光晶体的研究进展 |
1.6 本论文的研究思路、研究内容与研究方法 |
参考文献 |
第二章 Re:CNGS (Re=Tm,Er,Ho/Pr, Ho/Pr/Yb)晶体的生长 |
2.1 引言 |
2.2 提拉法晶体生长的理论基础 |
2.2.1 提拉法晶体生长的温场和热量传输 |
2.2.2 从能量守恒讨论提拉法晶体的生长工艺 |
2.3 晶体生长的实验设备 |
2.4 晶体的生长工艺过程 |
2.4.1 多晶原料的合成 |
2.4.2 温场设计 |
2.4.3 晶体生长的工艺 |
2.5 提拉法Re:CNGS单晶生长成果与质量分析 |
2.5.1 Tm离子掺杂CNGS晶体 |
2.5.2 Ho,Pr离子共掺CNGS晶体的生长及工艺的改进 |
2.5.3 Ho,Pr,Yb离子共掺CNGS晶体 |
2.5.4 高浓度Er~(3+)掺杂CNGS晶体的生长工艺探索 |
2.6 晶体的定向与加工 |
2.6.1 晶体的定向 |
2.6.2 晶体的加工 |
2.7 本章小结 |
参考文献 |
第三章 Re:CNGS(Re=Tm,Er,Ho/Pr,Ho/Pr/Yb)的晶体结构与基本性能表征 |
3.1 引言 |
3.2 晶体密度的测量与计算 |
3.2.1 晶体的实验测量密度 |
3.2.2 晶体的理论密度 |
3.3 晶体的化学组份分析 |
3.3.1 晶体生长中的分凝现象 |
3.3.2 X射线荧光分析XRF |
3.4 物相分析与晶体结构解析 |
3.4.1 XPRD物相分析 |
3.4.2 晶体结构解析 |
3.5 晶体生长质量的表征 |
3.5.1 高分辨X射线衍射摇摆曲线 |
3.5.2 晶体的生长质量 |
3.6 本章小结 |
参考文献 |
第四章 Re:CNGS (Re=Tm,Ho/Pr,Yb/Ho/Pr)晶体热学性质的表征与研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验条件及设备 |
4.3 比热 |
4.3.1 固体的比热与热容 |
4.3.2 晶体的测量定压比热 |
4.4 晶体的热膨胀 |
4.4.1 固体热膨胀的物理本质 |
4.4.2 晶体热膨胀的测量 |
4.5 晶体的热扩散系数与热导率 |
4.5.1 晶体热传导的微观机制 |
4.5.2 Tm:CNGS晶体热扩散系数的测量 |
4.5.3 Tm:CNGS晶体热导率的计算 |
4.6 本章小结 |
参考文献 |
第五章 Tm:CNGS晶体的光谱与激光性能表征与研究 |
5.1 引言 |
5.2 Tm:CNGS晶体的光谱特性研究 |
5.2.1 晶体的吸收光谱 |
5.2.2 晶体的荧光光谱 |
5.2.3 晶体的荧光寿命 |
5.3 Tm:CNGS晶体的连续激光性能研究 |
5.3.1 实验 |
5.3.2 连续激光性能分析 |
5.4 总结 |
参考文献 |
第六章 总结 |
6.1 主要研究内容与结论 |
6.2 本论文创新点 |
6.3 有待进一步开展的工作 |
致谢 |
攻读学位期间所获奖励 |
攻读学位期间发表的学术论文目录 |
附发表论文两篇 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)激光二极管泵浦的Tm:(Lu,Sc)2O3倍半氧化物陶瓷激光器研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 国内外2μm激光器的发展状况 |
1.2.1 YAG晶体 |
1.2.2 YAP晶体 |
1.2.3 YLF晶体 |
1.3 透明陶瓷材料 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 固体激光器以及相关理论 |
2.1 泵浦源及泵浦方式 |
2.2 斯塔克效应和斯塔克能级 |
2.3 晶体场理论 |
2.4 掺杂的Tm~(3+)离子能级结构 |
2.5 激光器的速率方程模型 |
2.6 本章小结 |
第3章 激光透明陶瓷材料及Tm:(Lu,Sc)_2O_3 |
3.1 激光工作物质的特点 |
3.2 透明陶瓷与传统晶体的比较 |
3.3 Tm:(Lu,Sc)_2O_3 透明陶瓷材料介绍 |
3.3.1 Tm:(Lu,Sc)_2O_3 透明陶瓷物理性质 |
3.3.2 Tm:(Lu,Sc)_2O_3 透明陶瓷的制备 |
3.3.3 Tm:(Lu,Sc)_2O_3 透明陶瓷的光谱分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 Tm:(Lu,Sc)_2O_3 激光器的理论分析与实验研究 |
4.1 晶体的温度梯度分布的数值模拟 |
4.2 晶体热效应理论 |
4.2.1 晶体热焦距的测量 |
4.2.2 晶体热焦距的仿真 |
4.3 泵浦量子效率计算 |
4.4 不同条件对于激光性能的影响 |
4.4.1 晶体长度对输出功率的影响 |
4.4.2 泵浦光的光腰位置对输出功率的影响 |
4.4.3 泵浦光的聚焦光斑大小对输出功率的影响 |
4.4.4 输出镜透过率对输出功率的影响 |
4.5 自由振荡的2.09μm的Tm:(Lu,Sc)_2O_3 激光器 |
4.5.1 实验装置 |
4.5.2 实验结果 |
4.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(8)近红外波段新型可调谐、高稳定锁模激光器的研究(论文提纲范文)
论文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 固体激光增益材料简介 |
1.2 掺镱透明陶瓷的研究进展简介 |
1.3 光纤锁模激光器简介 |
1.4 论文主要内容概述 |
第二章 掺镱激光增益固体材料 |
2.1 Yb~(3+)离子作为激光活性离子 |
2.1.1 Yb~(3+)能级系统 |
2.1.2 Yb~(3+)与Nd3+活性离子的对比 |
2.2 基质材料特性 |
2.2.1 基质材料对光谱的影响简述 |
2.2.2 基质材料的热机械和热光性能简述 |
2.2.3 基质材料性能小结 |
2.3 能级系统的速率方程描述 |
2.3.1 理想的三能级系统 |
2.3.2 理想的四能级系统 |
2.3.3 准x能级系统 |
2.4 激光产生机理 |
2.5 小结 |
第三章 掺镱陶瓷激光器 |
3.1 光学谐振腔设计 |
3.1.1 ABCD矩阵基本理论 |
3.1.2 折叠腔型设计 |
3.1.3 腔型仿真讨论 |
3.2 连续波工作的Yb:YAG陶瓷激光器 |
3.2.1 Yb:YAG陶瓷激光器实验装置 |
3.2.2 Yb:YAG陶瓷激光器实验结果讨论 |
3.3 可调谐的Yb:YAG陶瓷激光器 |
3.4 连续波工作的Yb:YSAG陶瓷激光器 |
3.4.1 Yb:YSAG陶瓷激光器实验装置 |
3.4.2 Yb:YSAG陶瓷激光器实验结果讨论 |
3.5 可调谐的Yb:YSAG陶瓷激光器 |
3.6 激光器特性理论分析 |
3.6.1 能级基本模型 |
3.6.2 输出性能模拟与拟合 |
3.6.3 泵浦光热效应 |
3.7 小结 |
第四章 高稳定的光纤锁模激光器研究 |
4.1 锁模技术简介 |
4.1.1 主动锁模技术 |
4.1.2 被动锁模技术 |
4.1.3 被动锁模的几种常见技术 |
4.2 全保偏光纤飞秒锁模激光器 |
4.2.1 锁模激光器实验装置 |
4.2.2 掺铒光纤放大器研究 |
4.2.3 高稳定的飞秒锁模激光器 |
4.3 双脉冲光纤锁模激光器 |
4.3.1 实验设计装置图 |
4.3.2 锁模激光器的输出特性 |
4.3.3 锁模脉冲的重复频率稳定情况 |
4.4 小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 论文工作总结 |
5.2 未来工作展望 |
附件 |
附件A:程序代码 |
附件B:测量仪器 |
附件C:相关参数(从参考文献中获得) |
参考文献 |
硕士期间发表论文和获得奖励 |
致谢 |
(9)陶瓷激光器研究进展(论文提纲范文)
1 引言 |
2 YAG陶瓷激光器 |
2.1 Nd…YAG陶瓷激光器 |
2.2 Yb…YAG陶瓷激光器 |
2.2.1 连续输出Yb…YAG陶瓷激光器 |
2.2.2 脉冲输出Yb…YAG陶瓷激光器 |
2.3 Tm/Ho/Er…YAG陶瓷激光器 |
3 倍半氧化物陶瓷激光器 |
3.1 掺Yb3+倍半氧化物陶瓷激光器 |
3.2 掺Tm3+、Er3+倍半氧化物陶瓷激光器 |
4 结束语 |
(10)多波长、亚纳秒Yb:YAG/Cr4+:YAG/YVO4被动调Q拉曼微片激光器的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及应用前景 |
1.1.1 多波长激光在激光医学领域的应用 |
1.1.2 多波长激光在差频产生THz领域的应用 |
1.2 产生多波长激光的技术手段及研究进展 |
1.2.1 基于激光增益介质的不同激光发射谱线产生多波长激光的研究进展 |
1.2.2 利用受激拉曼散射技术产生多波长激光的研究进展 |
1.3 小型化固体拉曼激光器 |
1.3.1 常用的拉曼介质 |
1.3.2 激光增益介质 |
1.3.3 可饱和吸收体 |
1.4 被动调Q拉曼微片激光器概述 |
1.4.1 基于Nd~(3+)离子掺杂激光材料的被动调Q拉曼微片激光器研究进展 |
1.4.2 基于Yb~(3+)离子掺杂激光材料的小型被动调Q拉曼激光器研究进展 |
1.5 本论文的主要研究思路及研究内容 |
第2章 被动调Q拉曼微片激光器理论基础 |
2.1 受激拉曼散射的基本理论 |
2.2 被动调Q拉曼微片激光器热效应的研究 |
2.2.1 激光增益介质热效应的影响因素 |
2.2.2 LD端面泵浦微片激光器的热效应模型 |
2.2.3 拉曼晶体的热效应 |
2.3 LD端面泵浦被动调Q拉曼微片激光器速率方程 |
第3章 多波长连续拉曼微片激光器 |
3.1 多波长Yb:YAG/Nd:YVO4连续拉曼微片激光器 |
3.1.1 实验装置 |
3.1.2 实验结果与讨论 |
3.2 实现类光频梳输出的Yb:YAG/YV04连续涡旋拉曼微片激光器 |
3.2.1 涡旋光的概述 |
3.2.2 实验装置 |
3.2.3 实验结果与讨论 |
3.3 本章小结 |
第4章 多波长被动调Q拉曼微片激光器 |
4.1 实验装置 |
4.2 实验结果与讨论 |
4.3 本章小结 |
第5章 高峰值功率、亚纳秒被动调Q拉曼微片激光器 |
5.1 多波长、亚纳秒1-1.1 μm被动调Q拉曼微片激光器及产生绿光的实验 |
5.1.1 实验装置 |
5.1.2 实验结果与讨论 |
5.2 高峰值功率、亚纳秒被动调Q拉曼微片激光器的优化 |
5.2.1 被动调Q拉曼微片激光器速率方程的研究 |
5.2.2 实验装置 |
5.2.3 实验结果与讨论 |
5.2.4 实验结果与其它课题组结果的比较 |
5.3 本章小结 |
第6章 准连续LD泵浦被动调Q拉曼激光器 |
6.1 准连续LD泵浦的亚纳秒被动调Q拉曼微片激光器 |
6.1.1 实验装置 |
6.1.2 实验结果与讨论 |
6.2 基于Yb:YAG-Cr~(4+):YAG复合晶体的平凹腔被动调Q拉曼激光器 |
6.2.1 实验装置 |
6.2.2 实验结果与讨论 |
6.3 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 未来展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间参与发表的论文 |
致谢 |
四、透明陶瓷激光器获得98.5mW连续激光输出(论文参考文献)
- [1]2.7~3微米掺Er3+铝酸钇激光晶体的生长与性能研究[D]. 权聪. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]掺铒钇镓石榴石晶体生长及其激光性能研究[D]. 尤丽. 山东大学, 2021(11)
- [3]基于透明陶瓷材料的激光研究进展[J]. 王飞,彭跃峰,唐定远,沈德元. 光学学报, 2021(01)
- [4]中红外激光陶瓷的研究进展与展望[J]. 李江,田丰,刘子玉. 人工晶体学报, 2020(08)
- [5]微下拉法生长高质量YAG和YSGG激光单晶光纤及其应用技术研究[D]. 武柏屹. 山东大学, 2020(10)
- [6]2-3μm波段CNGS类激光晶体的探索及物化性能研究[D]. 马聪宇. 山东大学, 2020(11)
- [7]激光二极管泵浦的Tm:(Lu,Sc)2O3倍半氧化物陶瓷激光器研究[D]. 刘博. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [8]近红外波段新型可调谐、高稳定锁模激光器的研究[D]. 欧阳诚. 华东师范大学, 2020(10)
- [9]陶瓷激光器研究进展[J]. 杨昊霖,陈玥,贾富强,王鹏飞. 激光与光电子学进展, 2020(07)
- [10]多波长、亚纳秒Yb:YAG/Cr4+:YAG/YVO4被动调Q拉曼微片激光器的研究[D]. 王小磊. 厦门大学, 2019(07)