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中红外激光在军事对抗、遥感、光谱学和环境监测方面都有重要的应用,光学参量振荡器是产生中红外激光输出一种重要的方法,而掺Tm3+激光材料是产生2μm激光重要的增益介质。论文围绕提高中红外全固态激光器输出特性的目标展开研究工作,首先全面介绍了中红外激光的重要应用和产生方法,以及光学参量振荡器的基本原理,侧重分析基于PPMgLN中红外光学参量振荡器的调谐特性的理论模拟。同时对几种产生中红外激光的理论和实验进行了研究,包括不同泵浦源的技术研究。
论文第二章研究了产生中红外波段OPO的基本理论。着重阐述了其产生的非线性光学原理以及准相位匹配技术,并基于1064 nm,1.91μm泵浦PPMgLN-OPO调谐特性进行了理论模拟,分析了1.91μm泵浦PPMgLN-OPO的可行性以及对泵浦源的具体要求,指出了此方案需要解决的核心问题。
论文第三章研究了基于高功率1064 nm激光泵浦PPMgLN-OPO产生中红外激光实验。设计和研制了一套Nd:YAG MOPA结构的泵浦源,并利用其泵浦PPMgLN实现了中红外光学参量振荡器的激光输出,获得＞3.5 W的中红外激光。并同时分析了1064nm作为中红外OPO泵浦源的缺点。
2微米泵浦非线性晶体产生中红外输出是一条重要的技术路线,高功率、高光束质量的2微米激光器是关键器件。论文第四章重点研究基于不同材料的2微米波段全固态激光器,详细分析和介绍Tm:LiLuF4、Tm:YAG、Tm:YLF等不同的掺Tm材料的激光输出特性。采用尾纤耦合的LD,端面泵浦Tm:LiLuF4激光器,获得目前尾纤泵浦最高连续输出功率7.3 W;采用快轴准直LD,获得Tm:LiLuF4最高输出功率10.4 W,并首次进行调Q性能测试,在重复频率为1 kHz时,获得了最短脉宽为315.2 ns的脉冲。同样采用尾纤耦合LD泵浦掺杂浓度2at.%Tm:YLF(国产晶体),获得连续输出功率16.1 W,并得到了线宽0.3 nm的调Q脉冲激光。利用双端泵浦和掺杂浓度3.5 at.%的Tm:YLF晶体,获得了50.2W的连续激光输出。同时,开展了Tm:YAG陶瓷产生2微米波段激光研究,分析了2微米激光陶瓷材料的优点,并获得了目前Tm:YAG陶瓷连续最高输出功率17.2W。