【摘 要】
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4μm波段激光在工业生产及国防军事等领域具有重要应用,这使其成为光纤激光的重要发展方向,直接激射稀土离子掺杂光纤在产生1～3.5μm激光的应用中已显示出简单高效的优势,然而,目前国际上还未有实现4μm波段光纤激光高效激射的有效方案,因此,探索稀土离子掺杂光纤在4μm波段的激光动力学特性,对产生高效4μm波段激光具有重要科学意义和应用价值。针对现状,本文着重研究了掺Ho3+和Dy3+氟化物光纤在4μ
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4μm波段激光在工业生产及国防军事等领域具有重要应用,这使其成为光纤激光的重要发展方向,直接激射稀土离子掺杂光纤在产生1～3.5μm激光的应用中已显示出简单高效的优势,然而,目前国际上还未有实现4μm波段光纤激光高效激射的有效方案,因此,探索稀土离子掺杂光纤在4μm波段的激光动力学特性,对产生高效4μm波段激光具有重要科学意义和应用价值。针对现状,本文着重研究了掺Ho3+和Dy3+氟化物光纤在4μm波段的激光振荡特性,主要研究内容如下:1.介绍了稀土离子的能级间跃迁过程及有关参数的定义和计算方法,建立了888nm和962nm双波长泵浦掺Ho3+:InF3光纤产生3.92μm激光及1.7μm泵浦掺Dy3+:InF3光纤级联激发4.3μm激光的数值模型。2.研究了双波长泵浦掺Ho3+:InF3光纤的3.92μm激光振荡特性。在888nm单波长泵浦实验产生3.92μm激光的仿真与实验结果一致性基础上研究了双波长泵浦的3.92μm激光特性,当888nm和962nm的功率都为6W时能够得到1.3W的瓦量级激光输出,从光纤长度和输出反射率对系统进行了宏观参数优化。实验研究了888nm和974nm泵浦掺Ho3+:InF3光纤,测量了掺Ho3+:InF3光纤中888nm激光对974nm激光吸收的影响,证明了888 nm和974 nm双波长泵浦方案的可能性。3.研究了1.7μm泵浦掺Dy3+:InF3光纤的级联激发4.3μm激光振荡特性。在InF3光纤中3μm激光的仿真与实验结果一致性基础上研究了1.7μm泵浦的4.3μm激光输出,结果显示系统阈值在70 W量级。基于离子数密度及跃迁过程速率变化分析了导致高激发阈值的原因,其归因于InF3光纤中Dy3+激光上能级~6H11/2过低的固有寿命引起的上能级至下能级强烈的无辐射跃迁过程。为实现低阈值4.3μm掺Dy3+光纤激光输出,提出并研究了两种可能的方案:（1）采用Dy3+的~6H11/2能级寿命更长的硫化物光纤;（2）在Dy3+中加入作用于~6H13/2能级的2.35μm激发态吸收过程。最后基于1.1μm泵浦源、掺Dy3+:ZBLAN光纤及Fe3O4可饱和吸收体搭建了被动调Q光纤激光器,通过闪耀光栅调谐波长,在2812.6nm得到了重频61k Hz,脉宽1.52μs的调Q脉冲,为基于受激拉曼散射方式实现4μm波段激光输出奠定了基础。
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