LD泵浦釩酸鹽晶體被動調(diào)Q微型激光器研究.pdf

1、激光二極管泵浦微片激光器由于具有體積小、性能穩(wěn)定、壽命長、全固化、效率高、光束質(zhì)量好、易實現(xiàn)單縱模輸出及運行成本低等優(yōu)勢，已成為固體激光器研究領(lǐng)域的熱點之一。微片激光器與被動調(diào)Q技術(shù)相結(jié)合可以研制出小型的短脈沖激光器。由于激光二極管泵浦被動調(diào)Q微片激光器腔長較短造成光子在腔內(nèi)往返時間較短，容易實現(xiàn)脈寬為納秒級乃至亞納秒級、重復(fù)頻率達千赫茲以上、峰值功率為千瓦量級、單脈沖能量微焦耳量級的短脈沖輸出。它在遠程測量、三維成像、環(huán)境監(jiān)測、微機械

2、、微型手術(shù)等方面將有十分廣泛的應(yīng)用前景。 摻釹釩酸鹽系列晶體，如Nd：YVO4，Nd：GdVO4和Nd：LuVO4，因其具有寬的吸收帶寬、大的吸收和發(fā)射截面以及偏振輸出等特性，在眾多的激光材料中脫穎而出，成為中小功率連續(xù)激光器特別是微片激光器中的理想增益介質(zhì)。Nd：LuxGd1—xVO4（0

3、勻加寬，從而使發(fā)射截面變小、熒光壽命增大、能量存儲的能力增強，有利于在調(diào)Q激光領(lǐng)域的應(yīng)用。 本論文采用光纖耦合輸出的激光二極管作泵浦源，研究了Nd：LuVO4、Nd：GdVO4微片的連續(xù)輸出特性并優(yōu)化了其連續(xù)激光輸出；著重對比研究了以Cr4+：YAG作為可飽和吸收體的Nd：LuVO4、Nd：GdVO4及Nd：Lu0．14Gd0．86VO4微片被動調(diào)Q輸出特性，獲得了短的調(diào)Q脈沖激光輸出。主要研究工作及結(jié)論如下： 實驗研究

4、了不同Nd3+摻雜濃度，不同通光長度，不同輸出透過率的a—cutNd：LuVO4微片的連續(xù)1．06μm激光的輸出特性。在高功率泵浦下，可以獲得的最大光—光轉(zhuǎn)換效率為44．4％，最大斜效率為44．65％，最高輸出功率為9．7 W。同時對a—cut Nd：GdVO4連續(xù)1．06μm微片激光器的輸出特性進行了研究，在23．9W的泵浦下，激光器的光—光轉(zhuǎn)換效率和斜效率分別為42．3％和42．6％，最高輸出功率達到10．1 W。證明了Nd：LuV

5、O4、Nd：GdVO4晶體非常適合作為LD泵浦的高效微片激光器的增益介質(zhì)。 采用Nd3+摻雜濃度1 at．％，厚度1．5 mm的a向切割Nd：LuVO4微片，利用初始透過率為61％的Cr4+：YAG可飽和吸收體和透過率為20％的平面輸出鏡，獲得最大單脈沖能量92．8μJ，最短脈寬3．3 nS，最高重復(fù)頻率24．8 kHz的被動調(diào)Q輸出。這是已知的以Nd：LuVO4為增益介質(zhì)獲得的最短調(diào)Q脈沖。 對Nd3+摻雜濃度0．5

6、at．％，厚度1 mm的a向切割Nd：LuVO4微片的被動調(diào)Q研究發(fā)現(xiàn)，讓Cr4+：YAG兼作調(diào)Q元件和諧振腔的輸出鏡，將腔長縮短至5～6mm，可以更容易實現(xiàn)被動調(diào)Q輸出，且有更優(yōu)的調(diào)Q性能。采用初始透過率為77％和輸出透過率為15％的Cr4+：YAG，獲得最高重復(fù)頻率23．95 kHz，最大單脈沖能量21．21μJ，最短脈寬4．5 ns，最高峰值功率4．71kW的被動調(diào)Q輸出。 在同樣的諧振腔結(jié)構(gòu)和可飽和吸收體條件下，研究了N

7、d3+摻雜濃度0．5 at．％，厚度1 mm的a向切割Nd：GdVO4微片的被動調(diào)Q特性，獲得最大單脈沖能量44．59μJ，最短脈寬2．9 ns，最高峰值功率15．38 kW的調(diào)Q脈沖。這是已知的采用a—cut Nd：GdVO4為增益介質(zhì)和Cr4+：YAG為飽和吸收體獲得的最短調(diào)Q脈沖。 利用相同的腔結(jié)構(gòu)和可飽和吸收體，研究了Nd3+摻雜濃度0．5 at．％，厚度2m/n的a向切割Nd：Lu0．14Gd0．86VO4混晶微片的被

8、動調(diào)Q性能，獲得最大單脈沖能量119．54μJ，最短脈寬2．2 ns，最高峰值功率54．34 kW的調(diào)Q脈沖。這是已知的以Nd：LuxGd1—xVO4混晶為增益介質(zhì)獲得的最短調(diào)Q脈沖。 通過比較發(fā)現(xiàn)，Nd：Lu0．14Gd0．86VO4混晶由于發(fā)射截面較小，能量存儲能力較強，可以獲得較大的單脈沖能量，而且從實驗結(jié)果來看也容易獲得較短的脈寬和較高的峰值功率。而Nd：LuVO4則因大的發(fā)射截面縮短了“漂白”可飽和吸收體的時間間隔，更