Pr-YLF晶體光譜特性與激光性能研究.pdf

1、三價(jià)鐠離子(Pr3+)在可見光波段存在豐富的躍遷。利用藍(lán)光泵浦，摻Pr材料可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)色、綠色、橙色、紅色和深紅色的下轉(zhuǎn)換激光輸出。與采用光學(xué)非線性過程如倍頻、混頻方式相比，利用下轉(zhuǎn)換直接獲得可見光激光的方式避免了非線性光學(xué)晶體的使用，其激光器結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好，并且不需要嚴(yán)格的溫控。摻Pr可見光激光器在顯示、水下通信、生物醫(yī)學(xué)、量子信息等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。在眾多的摻Pr激光材料中，摻鐠氟化釔鋰(Pr∶LiYF4，或Pr

2、∶YLF)晶體由于具有優(yōu)良的激光特性而受到國際上的廣泛重視。然而，由于泵浦源缺乏、材料生長等方面的原因，國內(nèi)關(guān)于摻Pr材料的激光特性的研究開展得很少。本論文從研究Pr∶YLF晶體特性入手，較為系統(tǒng)的進(jìn)行了該晶體的光譜特性與激光性能的研究。主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)概括為:
　　 1.不同溫度下的光譜特性的研究。當(dāng)前對于Pr∶YLF晶體常溫下的光譜特性已有較多研究，而溫度對光譜變化的影響卻鮮有報(bào)道。本文測量計(jì)算了Pr∶YLF晶體在12-300

3、K溫度范圍內(nèi)的吸收譜、發(fā)射譜，從實(shí)驗(yàn)和理論上分析了溫度對吸收截面、受激發(fā)射截面、光譜加寬與位移的影響。
　　 2.構(gòu)建了高效的Pr∶YLF可見光固體激光器。分別采用藍(lán)光激光二極管(LD)和藍(lán)光光泵半導(dǎo)體激光器(OPSL)作為泵浦源，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體泵浦Pr∶YLF紅光、綠光、橙光固體激光器。利用OPSL泵浦獲得的紅光(～640nm)、綠光(～523nm)和橙光（～607nm）功率分別為914mW、831mW和524mW，其光-光轉(zhuǎn)換

4、效率分別為60％、51％和36％。524mW的橙光功率為摻Pr材料3P0→3H6躍遷已報(bào)道實(shí)現(xiàn)的最高功率。利用單個(gè)LD泵浦獲得的紅光、綠光、橙光功率分別為304mW、193mW和199mW，其光-光轉(zhuǎn)換效率分別為40％、26％和27％。研究發(fā)現(xiàn)采用低濃度摻雜的Pr∶YLF晶體有助于獲得更高性能的橙光激光輸出。
　　 3.實(shí)驗(yàn)和理論上研究了Pr∶YLF紅、綠雙波長固體激光器。利用OPSL作為泵浦源，采用簡單的平凹腔獲得了紅、綠雙波

5、長(640nm+523nm)激光輸出，每種顏色激光連續(xù)輸出功率大于100mW。在準(zhǔn)連續(xù)泵浦條件下，獲得的紅、綠激光平均輸出功率分別為121mW和61mW（對應(yīng)峰值功率分別為242mW和122mW)。實(shí)驗(yàn)通過將諧振腔失準(zhǔn)、調(diào)制泵浦功率來降低模式競爭對激光性能的影響。通過調(diào)制泵浦功率觀察到雙波長激光的增益切換，并實(shí)現(xiàn)了兩色激光的切換輸出。理論研究表明兩個(gè)波長閾值的相對關(guān)系是影響雙波長激光運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素，而在固定輸出鏡透射率的情況下影響閾值相

6、對關(guān)系的關(guān)鍵是腔內(nèi)損耗。研究表明，利用泵浦功率調(diào)制或腔內(nèi)損耗調(diào)制可實(shí)現(xiàn)雙波長的切換輸出。
　　 4.針對Pr∶YLF晶體較少研究的深紅光3P0→3F3躍遷譜線展開研究。利用LD和OPSL作為泵浦源，獲得了π偏振方向上的698nm深紅激光，連續(xù)輸出功率分別為215mW和547mW，將此前用Ar離子激光器泵浦獲得的698nm激光功率提高了數(shù)倍。利用偏硼酸鋇(BBO)晶體腔內(nèi)倍頻，在LD泵浦方式下首次獲得了33mW的349nm紫外連續(xù)