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《山东大学》 2010年
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LD泵浦Nd:YAG透明陶瓷全固态激光器研究

兰瑞君  
【摘要】: 自激光器诞生以来,人们一直没有停止探索新激光介质材料的脚步。按照所用的激光介质种类分,激光器可分为气体激光器、染料激光器、半导体激光器和固体激光器。其中固体激光器由于体积小、效率高、输出稳定、泵浦灵活等优点,在国防、科技、医疗等各个领域都有广泛应用。一直以来,单晶是固体激光器中应用最广泛的激活介质,其类型的多样化决定了激光器的多样化,大大增加了激光器的设计灵活性。目前在高功率固体激光器中,Nd:YAG晶体由于其良好的热学、光学等综合性能,成为最成熟和应用最广泛的激光介质,但它也存在发展瓶颈,比如掺杂浓度低、生长成本高等;在中小功率固体激光器中,Nd:YVO4晶体由于具有较大的吸收和发射截面而得到普遍应用,但热效应明显以及光损伤阈值较低的缺陷影响了其在高功率激光器中的应用。 近年来,以透明陶瓷作为激光介质的固体激光器引起了人们越来越多的关注。透明陶瓷作为一种新兴材料,具有高热导率、低电导率、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等一系列优异的综合性能。与玻璃相比,陶瓷具有更好的韧性和抗光伤能力;与单晶相比,陶瓷具有更短的生产周期、更高的掺杂浓度和更低的生产成本。衡量透明陶瓷质量的参数主要有:散射率、气孔体积、晶粒尺寸和晶界宽度等。随着陶瓷制备工艺的日趋精湛,上述各参数得到了不断改进,出现了一系列优秀的透明陶瓷材料,例如:Nd:YAG陶瓷、Yb:YAG陶瓷、Yb:Y2O3陶瓷和Nd:Lu2O3陶瓷等。其中Nd:YAG陶瓷已经实现了部分产业化并且在光谱性能、荧光寿命等方面达到了与Nd:YAG单晶一致的程度,再加上易于生长成大尺寸、允许做成高掺杂浓度等特点弥补了Nd:YAG单晶所存在的缺陷,为固体激光器的发展带来了更加广阔的前景。 本文系统研究了以Nd:YAG透明陶瓷作为激光介质的全固态激光器的连续、脉冲以及双波长的输出性能,并与某些单晶的实验结果进行了比较,其主要研究内容包括: 1)对LD泵浦的Nd:YAG陶瓷1.06μm、1.3 pm和946 nm连续激光器进行了研究。1.06μm连续激光实验中,当泵浦功率为21.6 W时,获得了11.3 W的连续激光输出,相应的光-光转换效率和斜效率分别为52.3%和54.4%。在高泵浦功率下并未出现饱和现象,因此继续加大泵浦功率有望获得更高输出。1338 nm连续激光实验中,当泵浦功率为20.5 W时,获得了1.05 W的连续激光输出,相应的光-光转换效率为5.1%。由于在1.3μm波段存在1319 nm和1338 nm的模式竞争,为了得到单一的1338 nm波长激光输出,在腔内加入了损耗片以抑制1319nm波长激光,因此转换效率较低。946 nm连续激光实验中,分别采用了三块不同长度的陶瓷样品,通过理论计算和实验验证得出了陶瓷的最佳长度。利用长度为5 mm的陶瓷样品,当吸收泵浦功率为10.5 W时,获得了1.46 W的连续激光输出,相应的光-光转换效率和斜效率分别为13.9%和17.9%。 2)利用KTP和BiBO作为倍频晶体,对LD泵浦的Nd:YAG陶瓷连续倍频绿光激光器进行了研究。实验中发现,KTP晶体的倍频性能要优于BiBO晶体,当利用KTP晶体进行倍频时,泵浦功率为26.4 W时,绿光输出功率为1.86 W,光-光转换效率为7%。在输出功率为1 W时用针孔法对绿光光斑的一维空间分布进行了测量,结果显示符合高斯分布,经计算光束传输因子M2约为1.7。这是国内首次利用Nd:YAG陶瓷进行的LD端面泵浦高功率连续波绿光输出。 3)对LD泵浦的Nd:YAG陶瓷1.06μm被动调Q脉冲激光器进行了研究。1.06μm脉冲激光实验中,分别用到了Cr:YAG和GaAs两种饱和吸收体。Nd:YAG陶瓷/Cr:YAG被动调Q实验采用了三块不同初始透过率的饱和吸收体,所得到的最大脉冲能量、最短脉冲宽度和最高峰值功率分别为:188μJ、3.16 ns和59.5 kW。Nd:YAG陶瓷/GaAs被动调Q实验所得到的最短脉冲宽度、最大单脉冲能量以及最高峰值功率分别为为17 ns、41.6μJ和2.44 kW。通过与Nd:LuVO4晶体、Yb:NaY(WO4)2晶体被动调Q实验结果的比较,突显了Nd:YAG陶瓷在高功率激光器应用中的优势。 4)对LD泵浦的Nd:YAG陶瓷三种不同的双波长激光器进行了研究。首次实现了Nd:YAG陶瓷1052 nm连续激光输出,最大输出功率为6.19 W,相应的光-光转换效率和斜效率分别为35.8%和39%。以Cr4+:YAG作为饱和吸收体和调制选频器件,实现了1064 nm和1052 nm双波长脉冲激光输出,并从理论上解释了两种波长的产生原因和顺序,其中最短脉冲宽度、最大脉冲能量和最高峰值功率分别为:4.8 ns、103.2μJ和21.5 kW。实现了1319 nm和1338 nm双波长连续和脉冲激光输出,并测量了总输出功率中1319 nm和1338 nm激光所占比例,最大连续输出功率为5.92 W,最大脉冲输出功率为226 mW,最短脉冲宽度和最高重复频率分别为15 ns和133 kHz。利用激光介质的高增益特性,直接将其未镀膜的抛光端面作为输出耦合镜,实现了Nd:YAG陶瓷、Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体免镀输出镜介质膜的1064 nm连续激光。其中利用陶瓷得到的最大输出功率达到1.74W,光-光转换效率和斜效率分别为13.0%和19.3%,优于相同实验条件下Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体的结果。在此基础上实现了1064 nm、1319 nm、1338 nm多波长连续激光运转,最大输出功率为3.2 W。 通过以上研究,证明了Nd:YAG陶瓷作为激光工作物质的优越性,预示了它在多种固体激光装置中具有重要应用前景。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN248

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈安;双波长可调谐脉冲钛宝石激光器的实验研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1994年06期
2 王薇,朱长虹,李正佳;钕激光器被动调Q技术的发展[J];光电子技术与信息;2003年04期
3 张志海,邢歧荣,王加贤,柴路,张伟力,王清月;采用Cr~(4+):YAG为可饱和吸收体的Nd:YAG调Q锁模[J];光电子·激光;1999年06期
4 郑加安,赵圣之,张行愚,王青圃,蒋志凌;LD纵向泵浦固体激光器参数优化[J];光电子·激光;2000年05期
5 刘伟仁,霍玉晶,何淑芳;LD抽运的946nm Nd:YAG激光器及其腔内倍频[J];光电子·激光;2002年03期
6 练文;叶艾;;高效率电光调Q固体激光器的实验研究[J];光学与光电技术;2005年06期
7 刘颂豪;;透明陶瓷激光器的研究进展[J];光学与光电技术;2006年02期
8 陈伟;叶艾;任竞骁;;高功率激光器电光调Q技术研究[J];光学与光电技术;2007年01期
9 朱忠丽,葛建军,王英伟,孙晶,李建立,刘景和;Yb∶NaY(WO_4)_2激光晶体生长[J];光学技术;2004年03期
10 纪江华;朱小磊;王春雨;冯永伟;楼祺洪;;Comparison of laser performance of electro-optic Q-switched Nd:YAG ceramic/single crystal laser[J];Chinese Optics Letters;2006年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 华家宁;一种LD泵浦Nd:YVO_4/KTP激光微弱信号检测实验系统[J];半导体光电;2001年02期
2 马海霞,楼祺洪,周军,董景星,魏运荣;用于泵浦固体激光器的激光二极管线阵的输出特性[J];半导体光电;2003年06期
3 黄强,陈建国,冯国英,赵刚;光脉冲在钕玻璃激光放大介质中的传播特性研究[J];半导体光电;2004年02期
4 王齐春,何建国;一种新型微波光子器件——多量子阱光-微波转换器的设计构想[J];半导体技术;2003年01期
5 闫立华;徐会武;任永学;王晓燕;杨红伟;安振峰;;不完全匹配吸收方法测试激光二极管阵列寿命[J];微纳电子技术;2011年07期
6 陈少武,韩勤,胡传贤,金才政;大功率半导体激光器光纤耦合模块的耦合光学系统[J];半导体学报;2001年12期
7 宋贵才,全薇,宁国斌,金光勇,闫晓媛,任重,梁柱;伞形端头光源—光纤耦合器[J];兵工学报;2004年03期
8 吕彦飞;张喜和;姚治海;;全固态连续波583nm黄光激光器[J];兵工学报;2007年12期
9 吴昊;李洪祚;王一帆;刘瑞;范英杰;陈薪羽;;连续侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷激光器被动调Q研究[J];兵工学报;2012年03期
10 冯驰;李强;姜梦华;王宝华;;Nd:YAG调Q脉冲激光器微孔实验研究[J];北京工业大学学报;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 兰瑞君;任诠;王正平;于浩海;刘宏;陈丽娟;庄士栋;郭磊;赵永光;王继扬;许心光;;LD泵浦Nd:YAG陶瓷/GaAs被动调Q激光器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
2 吴仕梁;连洁;马跃进;宋平;高尚;王晓;马峥;官文栎;;掺钕硼酸锂玻璃光学性质的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 陈秀艳;陈浩伟;陆宝乐;任兆玉;白晋涛;;LD侧面泵浦Nd:YAG1064nm/532nm/660nm三波长激光器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 鲁燕华;张雷;马毅;武德勇;魏彬;刘洋;王智林;;二极管抽运全固态1.319μm连续锁模激光器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 邱基斯;樊仲维;唐熊忻;张晶;刘悦亮;;高效双端泵电光腔倒空Nd:YLF 1053nm激光器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 冯志强;秦连杰;张溶;葛如;;不同沉淀法制备透明陶瓷纳米晶粉体[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
7 杨帆;赵长明;;太阳光泵浦Nd:YAG激光器中聚光器的设计[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
8 赵娟;曹科峰;曹宁翔;朱利君;陈敏;;100J强激光脉冲能源系统电路优化[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
9 孙维娜;王伟力;秘国江;朱辰;杨文是;;激光二极管抽运高重复频率大能量激光器[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
10 童立新;高清松;陈晓琳;陈军;唐淳;刘芳;;高重复频率融石英棒受激布里渊散射相位共轭实验研究[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 武志超;LDA抽运高频Nd:YAG陶瓷激光器研究[D];长春理工大学;2010年
2 崔泽琴;AZ31B镁合金脉冲激光加工行为的研究[D];太原理工大学;2011年
3 杜杉;Er~(3+):YAG晶体中上转换机制对激发波长敏感性的研究[D];吉林大学;2011年
4 张晓琳;微波法制备YAG粉体微观结构的调控及其烧结性的研究[D];山东大学;2011年
5 黄庆捷;Tm~(3+)/Yb~(3+)共掺材料制备与激光性能研究[D];山东大学;2011年
6 孙文佳;内腔光参量振荡器及新波长固体激光器的研究[D];山东大学;2011年
7 颜涛;高品质铌酸锂、钽酸锂晶体的生长、结构与性质研究[D];山东大学;2011年
8 王伟;ICF激光驱动器频率转换关键问题研究[D];山东大学;2011年
9 张晓磊;多芯光纤激光器及新波长固体激光器[D];山东大学;2011年
10 张莹;双钨酸盐KRE_xYb_(1-x)(WO_4)_2激光晶体的研究[D];长春理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏星斌;中红外PPLN光参量振荡技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 沙鹏;半导体泵浦高重频绿光激光器研究[D];长春理工大学;2010年
3 赵晓宏;Cr~(4+):YAG晶体的生长与缺陷分析[D];长春理工大学;2010年
4 安业勋;可调谐掺钛蓝宝石脉冲激光器实验系统的研究[D];长春理工大学;2010年
5 王汝攻;全固态593nm黄光激光器的研究[D];长春理工大学;2010年
6 周楠;任意波形超短光脉冲发生器研究[D];北京交通大学;2011年
7 陈慧彬;1.53μm人眼安全光学参量振荡器的研究[D];福建师范大学;2010年
8 边莎莎;基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂晶体的新型中红外激光器研究[D];浙江大学;2011年
9 尹凯;BaHfO_3:Ce闪烁陶瓷粉体的制备及性能[D];沈阳大学;2010年
10 沙平生;基于微晶片激光的诱导击穿光谱系统设计与研究[D];东华大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈安;双波长可调谐脉冲钛宝石激光器的实验研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1994年06期
2 温午麒,傅汝廉,孙建堂,巴恩旭,母国光;LDA端泵浦短腔Cr~(4+):YAG被动调QNd:YAG激光器[J];光电子·激光;2002年09期
3 陈福胜;关于信息技术装备发展的逆向思考[J];光学与光电技术;2003年01期
4 陈福胜;概念、趋势与对策——军用光电系统技术发展的战略思考[J];光学与光电技术;2005年01期
5 练文;叶艾;;高效率电光调Q固体激光器的实验研究[J];光学与光电技术;2005年06期
6 吕彦飞;张喜和;姚治海;檀慧明;卢俊;邵永红;;1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd∶YVO_4激光器(英文)[J];光学精密工程;2006年05期
7 杨苏辉,国秀珍,王冬,高锦岳;电磁感应双光子光透明及共振吸收增强[J];光学学报;2000年03期
8 赵圣之,王继扬,郑加安,陈磊,张行愚,王青圃,张其第,张树军,张少军,孙连科,陈焕矗;新型Nd~(3+)∶Ca_4GdO(BO_3)_3自倍频晶体Cr~(4+)∶YAG被动调Q激光特性研究[J];光学学报;2002年01期
9 王青圃,张行愚,李平,张少军,连洁,王浩;用Cr~(4+)∶YAG晶体实现Nd~(3+)∶YAG0.946μm激光被动调Q运转[J];光学学报;2002年09期
10 欧攀,闫平,巩马理,谢韬;激光二极管抽运的被动调Q Nd~(3+):YAG微晶片激光器及其稳定性[J];光学学报;2002年12期
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中国期刊全文数据库 前10条
1 陈庆汉,周世忠,黄晋蓉,湛传敏,林远齐;YAG:Er~(3+)晶体的生长、光谱和激光性能[J];人工晶体学报;1988年Z1期
2 曹余惠;安徽光机所Tm~(3+):YAG晶体生长的研究取得重要进展[J];量子电子学报;1993年02期
3 林文雄,沈鸿元,曾瑞荣,周玉平,于桂芳;双波长Nd:YAG脉冲激光器的实验研究[J];中国激光;1994年02期
4 刘景和,朴贤卿,卢利平,关效贤,万玉春;碳酸盐共沉淀法制备Er∶YAG透明激光陶瓷粉体[J];人工晶体学报;2004年03期
5 程勇;孙斌;王小兵;万强;卢常勇;高伟清;姚功名;许立新;明海;;角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr~(4+):YAG被动锁模激光器的研究[J];光学与光电技术;2006年01期
6 吴光照,张秀荣;YAG:Nd~(3+)晶体中钕离子浓度的测定[J];中国激光;1979年05期
7 沈仲鑫,肖兵,吴惠法,徐惠德;用RBS研究连续的Nd:YAG激光辐照后的铂硅界面[J];激光杂志;1988年04期
8 ;波长2.69μm的医用YAG∶Cr∶Tm∶Er激光器[J];激光与光电子学进展;1994年04期
9 丁彦华,徐军,万小珂,欧阳斌,林礼煌,邓佩珍,白迎新,吴念东,张健,李家强,李师群;Cr~(4+):YAG可饱和吸收体被动调QNd:YAG激光脉宽小于9ns[J];中国激光;1996年04期
10 冯梅;日本三菱电机开发出YAG脉冲激光发生器[J];电焊机;2002年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贾碧;邱杨;阴西川;;Nd:YAG透明陶瓷的研究进展[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
2 郭兴忠;杨辉;王建武;;溶胶-凝胶法制备SiC/YAG复合粉体[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年
3 孙哲;李强;姜梦华;雷訇;惠勇凌;;采用[100]方向的Nd:YAG增大激光器线偏振输出功率研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
4 顔富士;洪辰宗;;以成份扩散机制为基础的YAG固态合成粉末反应设计[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
5 赵存华;梁会琴;时永鹏;崔东庆;;棒状Nd:YAG晶体的热透镜焦距和像差研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 张旭东;刘宏;李霞;王继扬;徐国纲;;溶剂热法合成球形YAG粉体[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
7 王建武;郭兴忠;杨辉;;无机盐先驱体溶胶-凝胶法制备YAG超细粉[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年
8 郭兴忠;杨辉;王建武;;SiC/YAG复合粉体的烧结特性与力学性能[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年
9 洪辰宗;賴佳芸;蔡振宏;顔富士;;氧化钇粉末粒径对YAG合成之影响[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(上)[C];2008年
10 张旭东;刘宏;李霞;王继扬;徐国纲;;醇热法合成YAG晶粒的形成机理[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山东省种子管理总站 周新国;我省新审定的黄伞新品种——黄伞LD——1[N];山东科技报;2010年
2 李敬伟;日本ND软件公司与大连行业协会交流介护保险[N];中国保险报;2010年
3 李隆;减光也可以增色 ND减光镜的使用技巧[N];中国摄影报;2011年
4 邵锋燕;LD——Z1砂浆增稠粉通过浙江省级新产品鉴定[N];中华建筑报;2009年
5 冉京;功能高分子染料在高新技术中的应用(三)[N];中国纺织报;2005年
6 潘树明;创新提升钕铁硼企业竞争力的必由之路[N];中国电子报;2000年
7 ;是什么卡了我们的脖子(27日)[N];科技日报;2001年
8 本报记者 刘碧玛 实习生 李世英;关键是保持优势 出路在形成规模[N];科技日报;2003年
9 东山;我国人工晶体产业发展须形成规模[N];中国有色金属报;2003年
10 欣欣;印刷技术——激光印标设备发展探析[N];中国包装报;2009年
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1 兰瑞君;LD泵浦Nd:YAG透明陶瓷全固态激光器研究[D];山东大学;2010年
2 白杨;LD侧面泵浦多晶Nd:YAG陶瓷BBO电光调Q窄脉宽绿光、紫外光激光器研究[D];西北大学;2010年
3 孙海鹰;RE~(3+)(Nd~(3+),Ce~(3+)):YAG超细粉体合成及光谱性能研究[D];长春理工大学;2009年
4 吕耀辉;Nd:YAG纳米粉体微结构调控及胶体化学性能研究[D];山东大学;2010年
5 武志超;LDA抽运高频Nd:YAG陶瓷激光器研究[D];长春理工大学;2010年
6 刘文斌;Nd:YAG透明陶瓷的制备、显微结构及激光性能研究[D];上海交通大学;2012年
7 吕光哲;YAG透明陶瓷的制备与性能研究[D];东北大学;2009年
8 姜梦华;3000W灯泵浦脉冲Nd:YAG固体激光器技术研究[D];北京工业大学;2012年
9 张晓琳;微波法制备YAG粉体微观结构的调控及其烧结性的研究[D];山东大学;2011年
10 桑元华;YAG粉体组分和形貌调控及粉体反位缺陷的研究[D];山东大学;2012年
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1 陈薪羽;低频无水冷LD侧面抽运Nd:YAG激光器[D];长春理工大学;2010年
2 刘敬勇;高透明高掺杂Nd:YAG透明陶瓷的制备及工艺研究[D];西安电子科技大学;2010年
3 刘婷婷;固相反应法制备YAG透明陶瓷及Nd:YAG离心成型研究[D];东北大学;2009年
4 王迪;Nd~(3+)掺杂浓度对LD泵浦Nd:YAG脉冲激光器输出特性影响的研究[D];长春理工大学;2011年
5 吴春颖;LD泵浦Nd~(3+):YAG激光器及其毛化性能研究[D];沈阳师范大学;2011年
6 程金平;Nd:YAG透明陶瓷粉体制备及其烧结工艺研究[D];大连海事大学;2010年
7 王世武;键合Nd:YAG、Nd:YVO_4光电器件研制及性能测试研究[D];山东大学;2010年
8 樊敏;Nd:YAG倍频激光器的设计与实现[D];电子科技大学;2012年
9 司朝;高透明Nd:YAG激光陶瓷工艺研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 白瑜;不同工作参数对Er:YAG激光切割牙体硬组织效率的影响[D];山西医科大学;2011年
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