光子材料固體激光技術(shù)研究.pdf

1、光子材料的種類豐富,它包括了非線性光學(xué)材料、激光材料和光學(xué)半導(dǎo)體材料等等。這些光子材料都具有優(yōu)良的光學(xué)特性,在非線性光學(xué)、固體激光、集成光學(xué)和半導(dǎo)體光學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。碳化硅晶體和鈮酸鋰晶體是常見(jiàn)的光子材料,碳化硅晶體具有高熱導(dǎo)率的性質(zhì),同時(shí)在中紅外波段碳化硅晶體有良好的光學(xué)性質(zhì),這些特性讓碳化硅晶體在固體激光中既可以充當(dāng)熱沉積材料,也可以作為通光窗口,為未來(lái)激光器的發(fā)展提供新的方向。摻雜稀土元素的鈮酸鋰晶體可以產(chǎn)生激光振蕩和放大

2、,并在同一塊晶體中展現(xiàn)出激光特性、非線性光學(xué)特性和電光效應(yīng),讓其在激光領(lǐng)域、集成光學(xué)和非線性光學(xué)中有重要的應(yīng)用前景。因此,研究碳化硅晶體和鈮酸鋰晶體在固體激光中的應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)集成化、緊湊化的激光器。
　　第一章,介紹了碳化硅晶體、鈮酸鋰晶體和金剛石這三種常用光子學(xué)材料的物理性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì);在本章的第二部分,我們介紹了這三種材料在固體激光領(lǐng)域的研究狀況和應(yīng)用現(xiàn)狀。著重介紹了憑借碳化硅晶體實(shí)現(xiàn)的優(yōu)良熱管理,以及摻雜稀土元素

3、鈮酸鋰晶體的重要用途等;
　　第二章,研究了風(fēng)冷冷卻條件下,以碳化硅晶體為包層的摻釹釩酸釔平板波導(dǎo)激光器的熱效應(yīng)和激光特性。首先通過(guò)理論模擬的方法,分析了碳化硅晶體作為熱沉積裝置時(shí)激光激活介質(zhì)內(nèi)部的溫度分布情況和熱致應(yīng)力分布情況。模擬結(jié)果顯示,采用碳化硅晶體作為熱沉可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的熱管理,為激光的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)條件;在實(shí)驗(yàn)中得到了百瓦級(jí)激光輸出,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了碳化硅包層材料對(duì)激光系統(tǒng)熱管理起到的重要作用,實(shí)現(xiàn)了碳化硅晶體在固體激光中

4、的應(yīng)用。
　　第三章,設(shè)計(jì)了碳化硅晶片和摻釹釩酸釔復(fù)合結(jié)構(gòu)劈裂片狀激光器的模型,研究了不采用任何主動(dòng)冷卻設(shè)備時(shí)的激光特性。采用液體毛細(xì)鍵合的方式將碳化硅晶片和摻釹釩酸釔激活介質(zhì)片鍵合,通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了復(fù)合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,并分析了復(fù)合結(jié)構(gòu)的溫度分布和熱應(yīng)力分布。得到的結(jié)果顯示,液體毛細(xì)鍵合層在激光最高功率運(yùn)行時(shí)十分穩(wěn)定。同時(shí),通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了數(shù)值模擬的正確性,并得到了穩(wěn)定的激光輸出,實(shí)現(xiàn)了高效、輕便的自冷卻激光器。
　　第

5、四章,研究了高摻雜濃度銩鎂共摻鈮酸鋰晶體的生長(zhǎng),以及其吸收光譜和熒光發(fā)射光譜特性,發(fā)現(xiàn)銩鎂共摻鈮酸鋰晶體有較寬的熒光發(fā)射譜線。相比于其他摻銩激光介質(zhì),銩鎂共摻鈮酸鋰晶體具有較大的受激發(fā)射截面。在激光實(shí)驗(yàn)中,我們獲得了短2-μm連續(xù)激光輸出,獲得了多波長(zhǎng)的激光輸出。實(shí)現(xiàn)了首次在銩鎂鈮酸鋰晶體中激光的瓦級(jí)輸出,比之前同類報(bào)道的輸出功率高四個(gè)數(shù)量級(jí)。輸出激光也具有良好的光束質(zhì)量。同時(shí),定量分析了銩鎂鈮酸鋰晶體的光折變效應(yīng),沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)光折