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自1960年梅曼(T.Maiman)的第一台红宝石激光器诞生,50年来,固体激光器就一直处于激光技术研究的中心地位。固体激光器以其运行方式多样、导光系统简单、结构紧凑、牢固耐用、价格适宜等优点广泛应用于工业材料加工、激光测距、激光光谱学、激光医疗、激光化学及国防军事等方面。目前固体激光器能够实现的激光输出波长主要集中于可见光与近红外波段,为适应各交叉学科和应用技术领域的需求,固体激光器面临向长波方向红外波段输出和短波方向紫外波段输出拓展的必要。
稀土离子Er3+以其能级结构丰富,可产生多种辐射波长而受到广泛的研究,在4I11/2态和4I13/2态之间跃迁产生的辐射波长位于2.7-3μm范围内,其中波长2.79μm的激光由于该波长的特殊性,此类激光器在医疗、非线性光学以及军事等方面具有重要的应用价值。目前实现2.79μm的激光输出的晶体集中于Er3+离子掺杂的Er:YSGG晶体,而YSGG晶体面临有效地热管理问题。本论文选用具有优良的抗辐射性能的新型晶体Er,Yb:GSGG晶体,采用闪光氙灯泵浦以期实现该波段激光的输出。本论文从理论方面对2.79μm Er,Yb:GSGG固体激光器进行了研究,分析了Er,Yb:GSGG晶体的特性,运用J-O理论计算了晶体的部分光谱参数,构建了能级跃迁速率方程理论模型,并对速率方程进行了近似求解和一定的数值模拟,在上述理论研究的基础上搭建了闪光灯泵浦的激光实验系统,得到了最大单脉冲能量为2.8μJ的2.79μm脉冲中红外激光输出,并分析了可能影响激光输出能量比较微弱的因素。
本论文研究了二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG激光晶体腔内三倍频355nm紫外激光器。实验中采用声光调Q技术,选用结构简单、紧凑的三镜折叠、平—凹腔设计,在腔内对1064nm基波采用Ⅰ类相位匹配LBO晶体二倍频、Ⅱ类相位匹配LBO晶体实现三倍频,获得了较好光束质量的准连续紫外激光输出。在二极管泵浦功率为155W,声光调Q的调制频率为5.40kHz的工作条件下,获得脉宽45ns,最高平均输出功率2.14W、光场均匀分布的355nm准连续紫外激光,808nm泵浦光到355nm紫外激光的光—光转换效率达到1.38％,1小时内输出稳定性为3.30%。