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LD端面泵浦Tm，Ho：YLF激光器的光学双稳特性研究

作　者: 姜波
导　师: 张新陆
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: Tm，Ho:YLF激光器 光学双稳 基态重吸收
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


激光二极管泵浦的2μm固体激光器具有人眼安全、大气穿透性好、效率高等优点,在工业、医疗、军事等领域都得到了广泛的应用。光学双稳器件由于其在高速光通信、光学图像处理、光存储、以及光学逻辑元件等方面的潜在应用价值引起了人们极大的关注。因此,研究二极管泵浦固体激光器的光学双稳特性在激光与非线性光学技术领域具有重要的意义。Tm,Ho:YLF激光器的2μm激光双稳输出现象已在实验中观察到,但是光学双稳态的形成机理尚未得到充分的理论研究。本文在详细分析Tm,Ho:YLF激光晶体粒子跃迁过程和泵浦光传输特性的基础上,提出了Tm,Ho:YLF激光器的自饱和吸收光学双稳机制,阐明了Tm,Ho:YLF激光器光学双稳态的形成过程和物理机理。自饱和吸收双稳机制来源于激光系统的准三能级特性及其所导致的基态重吸收,是一种全光式的双稳输出机制。本文分析了Tm,Ho:YLF激光器的稳态双稳输出特性。基于Tm,Ho:YLF激光器的自饱和吸收光学双稳形成机制,建立了Tm,Ho:YLF激光器的耦合能级双稳速率方程模型。通过对双稳速率方程模型进行数值模拟,得了到激光器的稳态双稳输出特性。详细研究了能量传递上转换以及Tm,Ho:YLF激光器重要参数对双稳跳变阈值、跳变功率和双稳区宽度的影响,所研究的参数包括输出镜透过率、谐振腔长、Ho3+离子掺杂浓度、晶体温度以及谐振腔损耗。本文建立了Tm,Ho:YLF激光器的动态双稳速率方程模型。通过对动态双稳理论模型进行数值分析,研究了Tm,Ho:YLF激光器的动态双稳操作过程,进一步阐明了激光器光学双稳态的物理机理。通过对Tm,Ho:YLF激光器动态双稳操作的数值分析,给出了双稳操作的重要时间特性,包括双稳开启延迟时间和双稳转换时间。得到了双稳操作触发脉冲对激光器双稳输出时间特性的影响。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 固体激光器的研究概况  9-11
    1.1.1 固体激光器的发展历史  9-10
    1.1.2 激光器泵浦源的研究发展  10-11
  1.2 2μm固体激光器的研究与应用  11
  1.3 光学双稳态的研究发展  11-12
  1.4 本论文主要研究内容  12-14
第2章 光学双稳态的基本理论  14-24
  2.1 光学双稳的基本概念  14-15
  2.2 半导体激光器的光学双稳态  15-17
  2.3 光纤激光器的光学双稳态  17-19
  2.4 Tm,Ho:YLF激光器的光学双稳机制分析  19-22
    2.4.1 Tm,Ho:YLF激光系统的粒子跃迁过程  19-20
    2.4.2 Tm,Ho:YLF激光器的双稳产生条件  20-21
    2.4.3 Tm,Ho:YLF激光器的自饱和吸收双稳机制  21-22
  2.5 本章小结  22-24
第3章 Tm,Ho:YLF激光器的稳态双稳输出特性研究  24-42
  3.1 激光器的耦合能级双稳速率方程模型  24-25
  3.2 激光器稳态双稳输出行为的数值分析  25-28
  3.3 能量传递上转换对稳态双稳输出特性的影响  28-30
  3.4 激光器重要参数对稳态双稳输出特性的影响  30-41
    3.4.1 输出镜透过率对稳态双稳输出特性的影响  30-32
    3.4.2 谐振腔长对稳态双稳输出特性的影响  32-34
    3.4.3 Ho~(3+)离子掺杂浓度对稳态双稳输出特性的影响  34-36
    3.4.4 晶体温度对稳态双稳输出特性的影响  36-39
    3.4.5 腔损耗对稳态双稳输出特性的影响  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 Tm,Ho:YLF激光器的动态双稳输出特性研究  42-64
  4.1 激光器的动态双稳速率方程模型  42-45
  4.2 激光器动态双稳输出特性的数值分析  45-50
    4.2.1 动态双稳输出行为模拟  46-49
    4.2.2 激光器的增益与损耗  49-50
  4.3 激光器双稳开启时间特性分析  50-57
    4.3.1 双稳操作的时间延迟特性说明  50-53
    4.3.2 预泵浦持续时间对双稳开启延迟时间的影响  53-55
    4.3.3 正泵浦脉冲强度对双稳开启延迟时间的影响  55-57
  4.4 激光器双稳转换时间特性分析  57-63
    4.4.1 正泵浦脉冲持续时间对双稳转换的影响  57-60
    4.4.2 负泵浦脉冲持续时间对双稳转换的影响  60-63
  4.5 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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