LD端面抽运YVO4/Nd:YVO4和Nd:Y0.8Lu0.2VO4晶体调Q激光特性研究

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半导体泵浦的全固态激光器具有效率高、结构紧凑、输出稳定和寿命长等诸多优点,窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光器在工业、军事、医疗和科研等方面已经获得广泛的应用,所以在半导体泵浦的固体激光器中通过调Q或锁模的方法实现短脉冲激光输出成为科研人员的研究热点之一。本文以键和晶体YVO4/Nd:YVO4和新型钒酸盐混晶Nd:Y0.8Lu0.2VO4为激光增益介质,系统地研究了LD端面泵浦YVO4/Nd:YVO4键和晶体声光调Q激光器的基频输出特性和新型钒酸盐混晶Nd:Y0.8Lu0.2VO4混合晶体连续、声光、被动调Q激光器的基频输出特性。主要内容概括如下:1.回顾了全固态激光器的历史和发展过程;总结了实现脉冲激光输出的几种调Q技术方式,及目前取得的进展;简单地介绍了Nd:Y0.8Lu0.2VO4激光材料,并与其他同类晶体做了比较。2.介绍了激光晶体的热效应,以及有效地抑制晶体热效应的方法。实验证明复合晶体激光器明显地降低了晶体内的温度梯度,有效地减小由端面变形带来的热透镜效应,获得高功率输出。3.实验研究了LD端面泵浦YVO4/Nd:YVO4键和晶体声光调Q激光器的输出特性。采用平-平腔,通过优化谐振腔参数,实现了窄脉宽、高峰值功率激光脉冲输出。采用输出透过率为50%的输出镜,注入泵浦功率为20W,当调制频率为90kHz时,实验测得最窄的脉冲宽度为9.5ns,最大的平均输出功率是10.12W,相应的光光转换效率为37.5%;声光调制频率为1kHz时,获得的激光输出脉冲脉宽是4.2ns,能量是2.9mJ,峰值功率高达691.4kW。4.首次实验研究新型激光混晶Nd:Y0.8Lu0.2VO4的光学特性。给出了表征LD端面泵浦固体激光器性能参数的表达式;通过改变腔长、输出镜透过率等参数,研究了Nd:Y0.8Lu0.2VO4混晶的热效应,并得到了较高的连续基波输出。5.首次实验研究了LD端面泵浦新型钒酸盐Nd:Y0.8Lu0.2VO4混合晶体声光调Q激光器的输出特性。为了防止晶体破裂,实验中最大的泵浦功率为13.07W。当耦合输出镜透过率为20%时,最大的连续平均输出功率达到5.61W,光-光转换效率是43%,声光调制频率为100kHz时,最大调Q平均输出功率达到4.23W;激光器调Q运转在调制频率1kHz,输出透过率为50%时,测得的最短脉宽是11ns,计算得到的脉冲峰值功率为225.45kW。6.首次采用不同输出镜透过率,优化谐振腔参数,用Cr4+:YAG晶片作为饱和吸收体,实现了LD端面泵浦Nd:Y0.8Lu0.2VO4被动调Q激光运转。实验中,激光器连续运转时,当泵浦功率升至13.07W,采用透过率为20%耦合输出镜时,获得5.59W的平均输出功率,光-光转换效率达到42.7%;当选用初始透过率为60%的Cr4+:YAG晶体实现激光器调Q运转时,最窄脉宽和最高单脉冲能量分别是8.5ns和45.24μJ,这时输出镜的透过率是50%。
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