【摘 要】
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可见光（380-780nm）在整个电磁波谱中仅占很小一部分,因其可直接被人眼所接收,是人类获取信息的主要媒介之一。可见激光即波长处于可见光范围的激光,其在激光投影、医学成像、激光显示等领域具有广阔的应用前景。以Pr3+为代表的稀土粒子受激辐射是获取可见激光最为高效的方式之一。Pr:YLF晶体因其具有相对较大的发射截面和较小的声子能量在众多激光晶体中脱颖而出。在本文中,选用a-cut方向0.3 at
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可见光（380-780nm）在整个电磁波谱中仅占很小一部分,因其可直接被人眼所接收,是人类获取信息的主要媒介之一。可见激光即波长处于可见光范围的激光,其在激光投影、医学成像、激光显示等领域具有广阔的应用前景。以Pr3+为代表的稀土粒子受激辐射是获取可见激光最为高效的方式之一。Pr:YLF晶体因其具有相对较大的发射截面和较小的声子能量在众多激光晶体中脱颖而出。在本文中,选用a-cut方向0.3 at.%掺杂浓度的Pr:YLF晶体为研究对象,晶体尺寸分别为3mm×3mm×6mm和3mm×3mm×10mm。由四能级系统速率方程出发,对Pr:YLF激光器中的出光阈值、工作效率、输出功率等关键参数进行了理论推导,得出了激光器阈值随着泵浦光斑半径增加而增加这一结论;结合MATLAB数值计算,确定了0.1mm厚熔融石英制成的F-P标准具进行波长选择。配合自制驱动电源,以中心波长为446.2nm的单管蓝光LD作为泵浦源,最大输出功率5W,经光束整型后泵浦光焦点的尺寸大小为59μm×55μm,使用了多种透过率的输出镜,在深红光720.9nm和红光698nm处获得最大输出功率分别为720m W和203m W,其相应的斜效率分别为30.85%和9.87%,两种波长激光均为线性偏振光,且光束质量参数M2均小于1.8。在固体激光器中,光纤耦合输出的半导体激光器具有功率高、使用方便等特点,被广泛用作泵浦源。为进一步探索高功率情况下Pr:YLF的激光特性,本文还选用国产光纤耦合输出的蓝光半导体激光器做为泵浦源,输出光纤的纤芯直径为200μm,光纤端口的最大输出功率为22.48W,满电流中心波长为443.2nm。依据Pr:YLF自身的热机械性能参数,理论计算了在最大泵浦功率时晶体内部的张应力大小,结合实验测试,得出了以下结论:在高功率泵浦情况下Pr:YLF晶体内的张应力大小不应超过13.8MPa。泵浦光经过准直耦合后的最大入射功率为20.55W,泵浦光焦点大小设置为320μm。在6mm长晶体实验中,1.8%透过率的输出耦合镜在吸收功率超过6.76W后的实验结果表现出强烈的热透镜效应,输出光斑呈现高阶模;在10mm长晶体实验中,使用透过率为5%的输出镜获得的最高输出功率为3.03W,对应的斜效率为30.04%,此实验结果也是Pr:YLF激光器在720.9nm处的最高输出功率记录。通过腔内插入F-P标准具,实现了720.9nm和698.0nm双波长激光同时输出,最大输出功率为1.03W。将谐振腔改为由不同曲率输入镜构成的V型谐振腔,在腔内插入LBO晶体,在360.5nm处获得了最高116m W的紫外激光输出。
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