文档介绍：博士学位论文
Tm,Ho 激光器及其泵浦 8~10 µm
ZnGeP2 光学参量振荡器的研究
STUDY ON Tm,Ho LASER AND
8~10 µm ZnGeP2 OPTICAL PARAMETRIC
OSCILLATOR
李林军
2009 年 10 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:535 密级:公开
工学博士学位论文
Tm,Ho 激光器及其泵浦 8~10 µm
ZnGeP2 光学参量振荡器的研究
博士研究生:李林军
导师:王月珠教授
副导师姚宝权副教授
申请学位:工学博士
学科:物理电子学
所在单位:航天学院
答辩日期:2009 年 10 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 535
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
STUDY ON Tm,Ho LASER AND
8~10 µm ZnGeP2 OPTICAL PARAMETRIC
OSCILLATOR
Candidate:
Li Linjun
Supervisor: Yuezhu
Associate Supervisor: Associate Prof. Yao Baoquan
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Physical Electronics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence:
October, 2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
中红外 8~10µm 波段激光在光电对抗、环境监测、激光雷达、激光医疗和
光谱学研究等领域有重要应用。用 2μm 激光泵浦 ZnGeP2 (ZGP)光学参量振荡器
(OPO)是获得 8~10µm 激光的有效手段。并且 2µm 波段激光也处于大气窗口,
是激光测距、激光雷达、激光遥感、激光成像、激光外科手术等领域的理想光
源。LD 泵浦的 Tm,Ho 激光器是获得 2µm 激光的有效途径。因此,本论文研究
内容具有非常重要的意义。本论文的主要工作是理论结合实验对 LD 泵浦的
Tm,Ho 激光器、ZGP OPO 及相关技术进行了研究,获得了高功率的 2µm 激光,
并用 2µm 激光泵浦 ZGP OPO 获得高平均功率的 8~10µm 参量激光输出。
在理论方面,主要分析了 Tm,Ho 激光理论和 OPO 理论。在 Tm,Ho 理论方
面,以能级结构为基础,分析了 Tm,Ho:YAP 和 Tm,Ho:GdVO4 晶体在 800nm 附
近的吸收光谱和在 2µm 附近的发射光谱。考虑上转换效应,建立了准四能级速
率方程,分析了 Tm,Ho 激光器的抽运阈值和斜率效率。从激光场的运动方程出
发,分析谐振腔的光子增益和损耗,以及模体积对增益和损耗的影响。在 OPO
理论方面,以稳态耦合波方程为基础,分析了 OPO 的增益、阈值、以及转换效
率,比较了 SRO 和 DRO 的阈值和效率,并得出了相位匹配为 OPO 最佳工作状
态的结论。根据相位匹配,分析了 OPO 输出波长及调谐技术,得出获得特定输
出波长,晶体的最佳切割角。介绍了 ZGP 晶体的物化和光学特性,并计算出
不同泵浦波长泵浦 ZGP OPO 的 I 类和 II 类相位匹配输出波长随入射角度调谐
的曲线,分析了 Tm,Ho:GdVO4 激光泵浦 ZGP OPO 的波长调谐特性。
在实验方面,比较研究了 Tm,Ho:YAP 和 Tm,Ho:GdVO4 晶体在低温下的激光
性能,设计出了 Tm,Ho 激光器,并用其泵浦 ZGP OPO 获得 8~10µm 激光输出。
研究了谐振腔参数对 Tm,Ho:YAP 和 Tm,Ho:GdVO4 激光器的输出功率、转换效率、
谐振腔稳定性的影响。以实验为基础,设计了液氮制冷的高效率、高光束质量的
LD 双端面泵浦 Tm,Ho: