| 题名 | 闪光灯泵浦铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的激光性质 |
| 作者 | 陈力 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2006 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 陈伟 |
| 关键词 | 铬镱铒共掺磷酸盐玻璃 储能性质 热沉积性质 闪光灯泵浦 激光性质 |
| 中文摘要 | 随着铒玻璃及其激光器件的迅速发展，在军事、通讯和医学等领域，铒玻璃激光器件已逐步取代原有的掺钕激光器件，特别是在有人眼安全要求的各种实际应用领域已经开始发挥重要的作用。由于玻璃基质的热性质通常比晶体基质差，目前无论是激光二极管还是闪光灯泵浦的铒玻璃激光器，工作介质中的热效应以及因此产生的热破坏都是限制器件进一步发展的一个主要问题，这严重影响了铒玻璃激光器的光束质量、重复频率、输出能量等性质。因此研究铒玻璃的热（光）性质，特别是激光工作中铒玻璃的储能、热沉积以及它们之间的关系，具有重要的实际意义：一方面可以提供进一步改进铒玻璃激光材料的实验判据，另一方面可以为改善激光输出性能提供可能的途径。 本文的研究目标除了配合本实验室的铒玻璃研制建立较为完整的激光性质测试平台外，主要研究铒玻璃在激光工作中的储能以及热沉积性质，也就是对于敏化离子Cr3+和Yb3+所造成的从近紫外到近红外的吸收波段加以选择性分割，即通过选取不同规格的截止型滤光片，测定、拟合和分析在不同泵浦带下工作的铒玻璃介质分别表现出来的储能和热沉积性质。实验结果显示，在闪光灯的宽带光谱范围内，对于特定组分和掺杂浓度的铒玻璃，储能和热沉积在不同泵浦带作用下的表现是不同的。特别是发现存在这样一种可能，即对于可见光波段起到主要敏化作用的Cr3+离子，它的4T2吸收带对泵浦的贡献不如预期的显著，而它的4T1吸收带对热沉积的贡献也不如预期的严重。 第1章首先综述了掺铒激光玻璃和器件的发展历程，重点介绍了目前的研究进展和存在的主要问题，在此基础上提出了本论文的研究内容。 第2章介绍了实验方法和理论基础，包括测试方法以及与本文相关的光谱和激光方面的理论基础。 第3章在建立了闪光灯泵浦铒玻璃激光性能测试平台的基础上，对于本实验室研制的Cr14−05型铬镱铒共掺磷酸盐玻璃作了较为全面的激光性能方面的测试。主要探讨了氙灯泵浦脉宽，输出耦合镜的反射率，铒玻璃工作温度以及工作重复频率对激光输出能量的影响。结果表明对于输出能量，泵浦脉宽为2.3ms（10%最大幅度间）时较好；综合考虑激光阈值和斜率效率，输出耦合镜的反射率为85%时较好。此外，如同大多数激光介质，铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的激光输出能量随铒玻璃的工作温度的升高和工作重复频率的增加而降低。结合初步的光谱分析本文推测，尽管Cr3+离子对于可见光区能量吸收具有相当重要的作用，但在Yb3+离子掺杂足够的情况下，在一定范围内控制铬的总掺杂量，尤其是在玻璃熔制过程中抑制Cr2+离子的生成，对于改善铒玻璃的输出能量很可能是非常有益的。 第4章的研究基础是设计和建立了一个专用的闪光灯泵浦聚光腔，它除了需要满足低增益铒玻璃激光实验的基本要求外，为了达到本论文的研究目标还必须满足：(1)在灯棒之间方便、快捷的换装不同滤光片，换装动作不至于对聚光腔和谐振腔带来严重的畸变；(2)尽可能加强对铒玻璃棒的冷却以基本上稳定铒玻璃的工作温度；(3)尽可能实现闪光灯对铒玻璃激光棒的均匀泵浦。在这些基础上，根据W. Koechner关于三能级系统的激光速率方程和M. Lukac对于闪光灯脉冲泵浦的简单数值模拟，半定量地拟合并研究了铬镱铒共掺磷酸盐玻璃在闪光灯泵浦下的储能性质，并对以上模型进行了误差分析和可靠性验证。即利用该模型以铒玻璃激光振荡器的实验结果来比拟铒玻璃放大器的结果，据此来研究铒玻璃介质在激光工作中的储能性质。同时，根据泵浦作用下工作介质中的热沉积与升温的关系，在相同的聚光腔条件下，以铒玻璃激光棒端面的中心区域在单次闪光灯泵浦脉冲作用后的升温来表征泵浦所导致的热沉积。采用对光谱吸收带加以选择性分割的方法研究了不同泵浦带的贡献。结果表明，Cr3+离子的4T1吸收带(400−550nm)和4T2吸收带(550−800nm)以及Yb3+离子的吸收带(900−1030nm)对Er3+离子激光输出的泵浦贡献分别约占25%、10%和65%，热沉积来源于Cr3+离子的4T1、4T2吸收带以及Yb3+离子吸收带的比例分别约占30%、30%和40%，表明铬镱铒共掺磷酸盐玻璃中Cr3+离子的高激发态4T1泵浦带对Er3+离子激光输出的泵浦效果很可能优于低激发态4T2泵浦带，该结果不仅对优化铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的泵浦带提供了可能的新途径，而且为铬镱铒共掺磷酸盐玻璃中Cr3+离子高激发态4T1的敏化机理研究提供了新的实验判据。 第5章是本文的结论部分，概括了本文的主要研究结果，同时指出了存在的不足及需要进一步研究的问题。 |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/16438]  |
| 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 | 陈力. 闪光灯泵浦铬镱铒共掺磷酸盐玻璃的激光性质[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2006. |
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