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室温连续Cr~(4+)：YAG激光器性能优化分析的研究

作　者: 王楠
导　师: 李永大
学　校: 长春理工大学
专　业: 光学
关键词: Cr4+:YAG激光器热效应理论模型优化
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为了提高Cr4+：YAG激光器的性能,从而获得高输出功率的连续激光光源,本论文对影响室温连续Cr4+：YAG激光器性能的多种因素进行了优化分析研究。应用基于速率方程的激光理论模型结合数值计算的方法对泵浦饱和吸收、激光阈值和效率数据进行研究,并最终确定增益介质基态吸收截面、激发辐射截面以及激发态吸收截面的计算值分别为1.3×10-22m2、0.948×10-23m2和0.089×10-23m2。在理论模型的优化部分应用激光截面值,假设在所有掺杂浓度时晶体FOM值为—常量(FOM=110),在输入泵浦功率、晶体边缘温度和泵浦光腰的取值分别为5.6W、3℃和30μm时,优化分析得到使Cr4+：YAG激光器获得最大输出功率时的晶体长度、晶体吸收系数以及输出耦合透过率等晶体和谐振腔的最佳参数,结果显示,小信号吸收系数和晶体长度的最佳值分别为0.56cm-1及2cm,并进一步给出了2%的输出耦合透过率应产生最大的连续波长的输出功率。当泵浦光连续泵浦时,由热负荷寿命引起的激光晶体内的温度差将严重影响Cr4+:YAG激光器的性能,因此论文通过研究热负荷寿命的品质因数Φ,对Cr4+:YAG激光器中的热负荷寿命进行了分析研究,并数值计算出品质因数Φ,的值为29。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-14
  1.1 前言  8-11
  1.2 Cr~(4+):YAG激光器国内外发展状况  11-12
  1.3 研究的目的和意义  12-13
  1.4 本文研究内容  13-14
第二章 Cr~(4+):YAG晶体激光原理  14-29
  2.1 Cr~(4+):YAG晶体特性  14-21
    2.1.1 Cr~(4+):YAG晶体的基本特性  14-15
    2.1.2 Cr~(4+):YAG晶体的光学特性  15-17
    2.1.3 Cr~(4+):YAG晶体的热特性  17-20
    2.1.4 Cr~(4+):YAG晶体Cr~(4+):forsterite晶体的特性比较  20-21
  2.2 能级结构  21-23
  2.3 Cr~(4+):YAG激光器的腔内损耗  23-28
    2.3.1 损耗对Cr~(4+):YAG激光器阈值及吸收系数的影响  24-26
    2.3.2 斜率效率与吸收损耗阈值功率的关系  26-28
  本章小结  28-29
第三章 Cr~(4+):YAG激光器理论模拟及相关参数计算  29-47
  3.1 激光理论模拟  29-39
    3.1.1 激光阈值表达式  29-34
    3.1.2 输入泵浦功率与泵浦光强度关系式及共振腔内光子强度与激光输出功率关系式  34-39
  3.2 增益介质基态吸收截面  39-41
  3.3 增益介质激发态吸收截面及激发辐射截面  41-46
  本章小结  46-47
第四章 Cr~(4+):YAG激光器性能的优化分析  47-57
  4.1 晶体及谐振腔参数的优化  47-51
  4.2 热负荷效应  51-57
总结  57-58
参考文献  58-61
致谢  61

室温连续Cr~(4+)：YAG激光器性能优化分析的研究

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