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包层泵浦掺Tm~(3+)光纤激光器的研究

采用包层泵浦技术,加上大功率多模半导体激光器工艺的快速发展与完善,光纤激光器在常温下获得了极高的输出功率。热问题是影响掺Tm~(3+)晶体激光器阈值、效率和输出功率的主要因素,而掺Tm~(3+)硅基光纤激光器的掺Tm~(3+)光纤不需要复杂的主动冷却设备,在常温下即可获得高效率的大功率激光输出。本论文从理论和实验两个方面对掺Tm~(3+)硅基双包层光纤激光器进行了研究工作。讨论了Tm~(3+)掺在四种常用激光晶体里的吸收光谱、荧光发射谱和Tm~(3+)掺在ZBLAN、silica光纤基质中的吸收光谱、荧光发射谱,Tm~(3+)在两种光纤基质中的吸收光谱、荧光发射谱要明显宽于Tm~(3+)在四种晶体里的光谱。概述了强泵浦光纤激光器的输出功率和阈值的解析表达式,分析了掺稀土离子双包层光纤吸收泵浦光有效吸收系数的理论模型和计算有效吸收系数的简化表达式。从Tm~(3+)的稳态速率方程出发,结合谐振腔结构特点,在输出793nm的LD激光器  (本文共109页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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包层泵浦掺铥光纤激光器的研究

掺Tm3+光纤激光器在很多领域获得应用,如军事、医疗、高速通信、工业加工等,尤其在2μm左右人眼安全波长的特性更是研究热点,将来也会成为输出波长为2.5μm-12μm范围激光器的有效泵浦源。目前对掺Tm3+光纤激光器的研究以实验方法为主,采用包层泵浦、共掺、以及大功率多模半导体激光器工艺,不需要复杂的主动冷却设备,在常温下即可获得极高的输出功率和光束质量。但另一方面,掺铥光纤价格仍然十分昂贵。因此,深入研究激光器制备结构及性能受各种参数的影响规律,对于获得质优价廉的掺Tm3+光纤激光器具有重大意义。本文主要工作概括如下:1.从铥元素的能级结构出发,系统介绍了掺Tm3+光纤激光器的基本理论,包括光谱特性、基本结构、泵浦选择,尤其对包层泵浦方面作了详细介绍,并提出了掺Tm3+光纤激光器的三种泵浦方案:3H6→3H4、3H6→3H5、3H6→3F4,及对激光器性能构成影响的因素。2.理论研究掺Tm3+光纤激光器泵浦方案的基础上,建立3...  (本文共66页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
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全光纤掺Tm~(3+)脉冲激光器及放大器的研究

2μm激光处于大气透明窗口和人眼安全波段,被广泛的应用于激光遥感、激光医疗和材料加工等领域,其中2μm脉冲激光器是获得3~5μm中红外波长参量振荡输出理想泵浦源。和2μm固体激光器相比,全光纤掺Tm~(3+)脉冲激光器具有结构紧凑和抗干扰能力强等优点,但受到器件工艺等因素限制,关于全光纤掺Tm~(3+)脉冲激光器及放大器的研究鲜有报道。本论文以获得2μm全光纤掺Tm~(3+)脉冲激光器,并将其作为种子源进行全光纤掺Tm~(3+)脉冲放大器的探索研究作为基本出发点,分别从理论和实验方面详细研究了带内泵浦的增益开关掺Tm~(3+)光纤激光器激光特性以及全光纤掺Tm~(3+)脉冲放大器的输出特性,期望为相关领域发展做出一定贡献。理论方面,首先在考虑功率重叠因子和Stark能级分裂情况下,建立带内泵浦的掺Tm~(3+)光纤激光器速率方程理论模型,推导出了反转粒子数、腔内光子数、阈值能量、脉冲提取效率等解析式,并在此基础上对激光器的上能级...  (本文共128页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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掺铥石英光纤及2微米全光纤连续激光器研究

光纤激光器与传统激光器相比,具有效率高、阈值低、光束质量好、结构简单紧凑、波长可调范围大、能在恶劣环境中工作等优点,越来越受到人们的青睐。除了共有优点外,由于掺Tm~(3+)光纤激光器输出的激光处于2μm波段,有着人眼安全、处在水吸收峰和“大气窗口”等特性,在生物医学、激光探测、遥感、光通信、材料处理、军事等领域具有特殊的优势。然而,由于2μm激光涉及政治军事等敏感领域,国外对高性能的掺Tm~(3+)光纤实行严格的把控,禁止对我国出口。因此,实现高性能掺Tm~(3+)光纤、高功率2μm光纤激光器国产化有着重大的意义。本论文的主要工作是分别从技术理论和实验两个部分,对掺Tm~(3+)光纤及掺Tm~(3+)光纤激光器的研制过程,进行较为详尽的阐述。技术理论部分,本文从掺Tm~(3+)光纤基本原理出发,研究Tm~(3+)离子能级结构、光谱、以3H6→3H4为重点的泵浦方式和Tm~(3+)离子之间的相互作用。学习基于改进的化学气相沉积工...  (本文共59页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)

稀土掺杂光纤激光器研究

由于稀土掺杂的光纤激光器在许多领域展现出诱人的应用前景,并呈现出逐步替代现有传统高功率激光器的趋势,因此,开展稀土掺杂光纤激光器,如3μm与2μm级联振荡Ho~(3+):ZBLAN光纤激光器、Tm~(3+):Ho~(3+)共掺石英光纤激光器以及Er~(3+):Yb~(3+)双包层共掺光纤激光器等的理论与新技术研究,不仅具有重要的科学价值,而且将对促进我国医疗、通信、军事、工业加工等领域的发展有着十分重要的意义。本论文的主要研究工作及创新如下:1、在国内首次基于3μm与2μm级联振荡Ho~(3+):ZBLAN光纤激光器的工作原理建立了1.1μm带泵浦下级联振荡Ho~(3+):ZBLAN光纤激光器的动态、稳态速率方程以及功率传输方程与相应的边界条件,建立了比较完善的理论模型,并进行了该激光器稳态、动态特性的数值分析。数值分析表明,级联振荡Ho~(3+):ZBLAN光纤激光器具有极高的能量转换效率,并容易产生级联振荡。2、国内首次从实...  (本文共166页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
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2μm掺Tm~(3+)光纤激光器

随着包层泵浦技术的出现,光纤激光器获得了里程碑式的发展。在保持光纤激光器高效率、高光束质量、可靠性好、结构紧凑及散热性好等优点的基础上,输出功率由毫瓦和瓦量级提升至百瓦甚至千瓦量级,大大扩展了光纤激光器的应用范围。掺Tm~(3+)石英光纤可采用800nm附近的LD泵浦源,在~3F_4→~3H_6能级跃迁下产生2μm附近的激光输出,Tm ~(3+)能级间存在的3H4,~3H_6→~3F_4 ,3F4交叉弛豫过程可以使激光器的量子效率接近2,从而可获得高效率的2μm激光源。2μm波段的激光处于人眼安全波段,在激光雷达、遥感及医学等领域有着广泛的应用前景,还可作为3~5μm中红外OPO的泵浦源。2μm波段的掺Tm~(3+)光纤激光器具有极高的研究价值。本论文研究的是利用LD包层泵浦的掺Tm ~(3+)光纤激光器产生2μm附近的激光及其输出特性。论文从理论和实验两方面对掺Tm~(3+)光纤激光器的输出特性进行了研究分析。首先根据强泵浦条...  (本文共79页) 本文目录 | 阅读全文>>