低温片状Yb:YAG晶体激光放大器的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张振华 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2011 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 施翔春 |
| 关键词 | 激光放大器，Yb:YAG晶体，片状放大器，低温 |
| 其他题名 | Studies of low temperature Yb:YAG crystal disk laser amplifier |
| 中文摘要 | 随着激光二极管(LD)的发展，LD泵浦的Yb:YAG晶体激光器己成为高功率高效率固体激光器研究的一个重要方向。Yb:YAG晶体与传统的Nd:YAG晶体、钦玻璃等相比，有着非常诱人的优越性。Yb'+相对于传统的激活离子如Nd3, Er等，更适合二极管泵浦;量子效率高达90%; Yb3吸收位于1000nm，与InGaAs激光二极管能有效祸合，且无需严格控制激光二极管的温度;Yb:YAG晶体的热效应是Nd:YAG晶体的1/3;无上转换和激发态吸收;原理上无浓度淬灭效应，因此，Yb:YAG最有可能替代Nd:YAG等传统材料，成为新一代高功率激光材料。常温下Yb:YAG晶体是准三能级结构，自吸收严重，对泵浦功率密度要求较高，加重了对晶体和其他光学件表面薄膜的压力，提高了对膜系的要求。低温下Yb:YAG晶体自吸收减少，同时对泵浦功率密度要求降低，从而对晶体膜系要求降低;低温下Yb:YAG晶体的热导性能较常温下优异许多，也保证了散热的快速性，减少了晶体热效应所带来的影响;因此，低温下Yb:YAG晶体增益性能更加出色。本文对Yb:YAG晶体在低温下的增益性能进行研究。1)调研了国内外Yb:YAG激光器的研究现状及进展。了解了高功率高效率固体激光器的发展趋势。2)研究了片状Yb:YAG晶体放大器理论，讨论了不同的晶体温度，不同的晶体掺杂浓度和晶体厚度积的条件下，放大器的能量储存和能量提取，当晶体温度T=180K，晶体掺杂浓度Dp=S.at%，晶体厚度L=0.4cm，泵浦能量3J时，理论模拟放大器可获得单通双程6.6倍，双通四程34倍的信号光增益。3)搭建了一台低温片状Yb:YAG晶体激光放大器。设计了LD模块泵浦祸合系统，将泵浦光均匀、高效的藕合到晶体内部，祸合效率达94%。分别采用无水乙醇冷却和液氮冷却对晶体进行冷却，比较了常温下(300K )，无水乙醇冷却温度下(213K)和液氮冷却下(180K)放大器的输出，通过实验对比我们得到，片状Yb:YAG晶体激光放大器低温下性能大大优越于其常温下的性能。常温下(300K )，放大器单通双程放大可以获得2.5倍，双通四程放大可以获得3倍的信号光增益;无水乙醇冷却至213K时，单通双程放大可以获得3.5倍，双通四程放大可以获得9倍的信号光增益。液氮冷却至180K时，单通双程放大可以获得6倍，双通四程放大可以获得23.5倍的信号光增益。且液氮冷却情况下，放大器输出稳定，无无水乙醇冷却时出现的放大器输出冲高回落现象，输出光束质量较好。 本文的研究工作证明了Yb:YAG晶体在低温下出色的增益能力，为高功率、高效率固体激光器的研制，提供了必要的依据和参考。 |
| 英文摘要 | With the fast development of laser diode, LD pumped Yb:YAG laser has been a very important way to get high power and high efficiency laser. Among the Yb:YAG crystal, Nd:YAG crystal and Er:YAG crystal, Yb:YAG crystal has more superiority. It is more suitable for LD pump; Its quantum efficiency is as high as 90%.It can couple with InGaAs Laser Diode efficiently without strict control of the LD temperature because of its 900-1000nm absorption spectrum. The heat of Yb:YAG crystal is 1/3 of the Nd:YAG crystal. It can be high doped without concentration quenching, up conversion and excited state absorption. So Yb:YAG crystal is the most possible substitute of Nd:YAG crystal to be the new high power and high efficiency material. The erformance of Yb:YAG crystal changes with the temperature. It works better at low temperature than room temperature. With the temperature lower, the signal laser's gain is bigger, the thermal effect become better and the request of LD pump bring down. This paper studies the performance of Yb:YAG crystal at low temperature. |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/16812]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张振华. 低温片状Yb:YAG晶体激光放大器的研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：上海光学精密机械研究所
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