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LD泵浦Yb离子热容激光器的可行性研究

吴武明

   固体热容激光器因其特殊的工作方式(热容模式)及高能量输出和良好的光束质量,受到业内人士的普遍关注。与在单脉冲和稳态两种模式下不同的是,热容激光器工作过程中,对激光介质不进行冷却,而将废热存储在介质中。Nd~(3+)为四能级结构,终端能级有极少数的热粒子数,所以掺Nd~(3+)的激光介质适合于热容激光器。而Yb~(3+)作为准三能级系统,终端粒子数受温度影响比较大,一般认为掺Yb~(3+)材料不能在热容模式下工作。 论文首先通过比较适合激光二极管(LD)泵浦掺杂Yb~(3+)和Nd~(3+)激光材料的热力特性和光谱特性,选择了YAG作为小型化掺杂Yb~(3+)热容激光器的激光基质。在不同温度下,测量了几种掺杂度Yb:YAG晶体的吸收光谱,计算了晶体的受激发射截面和荧光寿命。发现在300K—400K温度范围内,低掺杂度Yb:YAG晶体的光谱特性随温度的变化很小,这满足了热容激光器对激光晶体的要求。然后从Yb:YAG的光谱特性、反转粒子数与温度变化的关系和热负载三个方面分析,利用增益系数与温度变化的关系,证明了在300K—350K温度范围内,LD泵浦Yb:YAG激光器工作在热容模式下是可行的。同时比较了各种泵浦结构,认为端面泵浦是LD泵浦Yb:YAG热容激光器的较好结构。 采用平面波稳态模型的速率方程,推导出Yb:YAG热容激光器输出随温度变化的关系。最后通过简化Yb:YAG热容激光器速率方程,获得其在准连续方式下输出能量表达式。同时求出了输出镜的最佳反射率。……   
[关键词]:固体热容激光器;Yb~(3+);Yb;光谱特性;温度;速率方程;端面泵浦准连续
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:国防科学技术大学2006年