【摘 要】
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近红外激光二极管(LD)泵浦被动调Q激光器具有稳定性好、转换效率高、光束质量好和结构紧凑等突出优点,在生物医学、激光通信、军事武器和科学研究等领域具有广泛应用。掺Yb3+陶瓷激光材料兼备掺Yb3+材料和激光陶瓷两者的优点,在能级结构、上能级寿命、制备工艺和热机械性能等方面均具有显著优势,是1μm波段激光器的理想工作物质。本文对LD泵浦连续和被动调Q Yb:Lu3Al5O12(Yb:LuAG)陶瓷激
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近红外激光二极管(LD)泵浦被动调Q激光器具有稳定性好、转换效率高、光束质量好和结构紧凑等突出优点,在生物医学、激光通信、军事武器和科学研究等领域具有广泛应用。掺Yb3+陶瓷激光材料兼备掺Yb3+材料和激光陶瓷两者的优点,在能级结构、上能级寿命、制备工艺和热机械性能等方面均具有显著优势,是1μm波段激光器的理想工作物质。本文对LD泵浦连续和被动调Q Yb:Lu3Al5O12(Yb:LuAG)陶瓷激光器在不同耦合输出透射率(T)下的输出特性开展了理论和实验研究。在理论方面,基于速率方程,数值模拟了T对连续和被动调Q Yb:LuAG陶瓷激光器输出特性的影响。首先,基于准三能级系统速率方程,数值模拟了1030 nm和1047 nm振荡模式的阈值泵浦功率、斜率效率、输出功率和光-光转换效率随T的变化情况。结果表明,随着T的增大,阈值泵浦功率和斜率效率逐渐增大,输出功率和光-光转换效率先增大后减小。其次,基于被动调Q速率方程,对T与1030 nm和1047 nm振荡模式的单脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度和重复频率的关系进行了数值模拟。结果反映,随着T的增大,单脉冲能量和峰值功率逐渐增大,而脉冲宽度和重复频率缓慢减小。在实验方面,研究了LD泵浦连续和被动调Q Yb:LuAG陶瓷激光器在不同T下的输出特性。在连续运转下,当T=1.6%、2.5%、5%、7.5%和10%时,激光器的输出波长均位于1047 nm附近,T=10%时获得最大输出功率为2.53 W。当T=15%时,激光器的输出波长位于1031 nm附近,最大输出功率为3.11 W。在被动调Q运转下,以半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为Q开关,分别在T=1.6%和T=7.5%下研究了被动调Q Yb:LuAG陶瓷激光器的输出特性。当T=1.6%时,激光器的输出波长约为1047 nm,最高平均输出功率为0.85 W,对应的光-光转换效率为9.21%,斜率效率为8.43%。被动调Q激光的脉冲宽度为1.18μs、重复频率为112.63 k Hz、单脉冲能量为7.81μJ和峰值功率为6.41 W。当T=7.5%时,激光器的输出波长约为1031 nm,最高平均输出功率为1.47 W,对应的光-光转换效率为15.85%,斜率效率为19.04%。被动调Q激光的脉冲宽度、重复频率、单脉冲能量和峰值功率分别为1.10μs、250.50 k Hz、5.98μJ和5.01 W。
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