论文部分内容阅读
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。