Ho 3+ ,Pr 3+ -共掺氟化物晶体3μm波段激光特性研究
发布时间：2021-12-28 07:01
3μn波段是大气的一个重要的传输窗口,对大雾、烟尘等具有较强的穿透能力,在海平面上传输时受到气体分子吸收和悬浮物的散射小。在军事上,红外制导导弹探测器的响应范围就在3-5 μm波段,针对红外导引头的光电对抗迫切需要该波段的激光光源;在民用领域,3-5 μm波段对应多数气体分子强吸收峰,因此在微量气体探测领域有着广泛的民用价值;在科学前沿领域,超强超短中红外波段激光可以产生高次谐波,实现高亮度、高对比度的阿秒光脉冲和中红外频率梳。另外,在医学上,3 μm波段中红外激光还可以开展疾病光谱诊断技术检测。因此,鉴于3μm波段中红外激光具有重要的应用背景和极大的需求空间,它已成为国防和民用竞相研究开发的热点领域。本论文以钬（Ho3+）,镨（Pr3+）共掺的氟化物晶体为研究对象,将晶体光谱特性和激光器设计相结合,在探索Pr3+离子引入对晶体光谱特性影响的基础上结合激光实验,研究Ho3+,Pr3+共掺氟化物晶体3 μm波段连续波、调Q短脉冲和锁模超短脉冲的激光输出特性。具体研究内容如下:1.从3μm的应用需求出发,介绍了 3 μm波段激光在气体探测、激光医疗、材料加工、军事等方面的应用。总结了产生3...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３?ＰＭＭＡ、ＨＤＰＥ、ＰＰ材料的吸收曲线［６］??Ｆｉｇ．?１－３?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｃｕｉ＊ｖｅ?ｏｆ?ＰＭＭＡ，?ＨＤＰＥ，?ＰＰ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?［６］．??
山东大学博士学位论文??几类激光器各有优缺点，根据各自的特点应用环境也各不相同。??光参量激光器。光参量激光器利用非线性频率转换技术将成熟的激光波长??（主要是１?ｐｍ近红外激光）变频到３?ｐｍ波段，是目前获得中红外固体相干光??源的常用技术手段。图１－４分别为光参量产生（ＯＰＧ）、光参量放大（ＯＰＡ）和光??参量振荡（０Ｐ０）的原理图。０Ｐ０具有输出功率高、调谐范围宽的特点。如利用??周期极化铌酸锂（ＰＰＬＮ）结合温度调谐和波长调谐两种方式ｎｊ？以实现１．５－５??波长范围的连续调谐激光输出［１１］。兄外，利用不同的非线性晶体可以实现不同??波Ｌ＜：范Ｈ彳的调谐激光输出，如利用２．０，激光器泵浦ＺｎＧｅｈ品体可以实现５－８??ｐｍ激光输出，而ＡｇＧａＳｃ２／ＡｇＣＪａＳ２ｌＶ＾Ｕｉ是吋以实现大Ｔ丨２?Ｍｍ的参想：光输出??［１２］。随着非线性晶体的不断发展，基于频率转换技术的光参量激光器的研宄和??应用也得到广泛推进［１３，?１４］。然而中间频率转换环节的增加，使得整个系统结构??比较复杂，并且光参景频率转换过程属于二阶非线性，必须考虑位相匹屺以及温??度、Ｒ力等外界因素，稳定性和可靠性还有待提高。??（ＯＰＧ）?（ＯＰＯ）??⑷???（０??？?■?■■?一?■?？??（Ｏｐ?＞：：?：：：：：：：；：：：：?：ｘ－?＞？：????ｙ?－＞；■?：：：：：?Ｘ－?ｖ?；；??＾??吟．赛：：：谷：：努：：：务：．：％丨’：寒：务本：＞：：：：：备：令丨?？？？■＇？？？?ｙｉ－?？＞＞＊？？＞＞？？？？＞＞？．??（！）ｓ?丨＿?—?丨－?０）？，??＿?，、?Ｉ?
山东大学博士学位论文??Ｇｏｙａ等人利用如图１－６所示的装置，选用Ｅｒ＾ＺＢＬＡＮ光纤作为增益介质，获得??了最高功率为３５?Ｗ的连续波激光，中心波长为２．８３８?ｐｎ?［１８］。在超快激光器方??面，２０２０年，ＨｏｎｇｇａｎＧｕ等人利用非线性偏振旋转锁模技术，在Ｅｒ３＋：ＺＢＬＡＮ光??纤激光器中实现了脉冲宽度为１３１?ｆｓ的超快激光运转［１９］。对于Ｈｏ１＋掺杂的中红??外光纤激光器，２０１７年，Ｒ．ｌ．Ｗｏｏｄｗａｒｄ等人以Ｈｏ＇Ｐｒ＾ＺＢＬＡＮ光纤作为增益??介质，利用非线性偏振锁模技术搭建了如阁１－７所示的光纤激光器，实现了中心??波长为２．８６?的超快激光输出，其脉冲宽度为２６５?ｆｓ，进一步利用Ａｓ２Ｓ３光纤??在腔外将脉冲宽度仄缩至７０＆［２０』。丨４年，＾１１＼￥（＾等人在丨＾，卩斤共掺氟化??物光纤激光器屮实现ｆ宽度为３４ｎｍ的调谐皮秒激光输出丨２１］。然而，ＺＢＬＡＮ光??纤端面长时间存放易氧化，光纤存在色心，难以获得高的脉冲能量以及激光器难??以长时间稳定运转等问题？直制约着该类激光器的实际应用。并且，目前国内尚??未掌捤ＺＢＬＡＮ光纤的核心制备技术，国外主流产品对国内禁运。??ＴｒａｎＭｎｉｔｔｅＵ?ｌｕｓｃｒ?（２．Ｋ?ｕｒｎ）?／?＼?Ｌａｓｅｒ?ｏｕｔｐｕｔ?（２．Ｋ?ｐｍ）??Ｕ＾，ｎ，?？?〇，，Ｒ－ｒＢｆｌＧ?叫，??（／．?４．０?ｍｍ．?Ｒ?９９＊！〇）?（Ｉ．?￣?０．３?ｍｍ．?Ｒ?￣?１３°／〇）??图?１－６?３５－Ｗ?ＥＡＺＢＬＡＮ?光纤激光器装??Ｆｉｇ．?１－６?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｅｔｕｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?３５－Ｗ?Ｅｒ３ｔ：ＺＢＬＡＮ?ｆｉｂ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Generation of 131 fs mode-locked pulses from 2.8 μm Er:ZBLAN fiber laser[J]. 顾宏安,覃治鹏,谢国强,海婷,袁鹏,马金贵,钱列加. Chinese Optics Letters. 2020(03)
[2]中远红外量子级联激光器研究进展(特邀)[J]. 赵越,张锦川,刘传威,王利军,刘俊岐,刘峰奇. 红外与激光工程. 2018(10)
[3]Bismuth nanosheets as a Q-switcher for a mid-infrared erbium-doped SrF2 laser[J]. JINGJING LIU,HAO HUANG,FENG ZHANG,ZHEN ZHANG,JIE LIU,HAN ZHANG,LIANGBI SU. Photonics Research. 2018(08)
[4]Multilayer black phosphorus as saturable absorber for an Er:Lu2O3 laser at 3 μm[J]. Mingqi Fan,Tao Li,Shengzhi Zhao,Guiqiu Li,Xiaochun Gao,Kejian Yang,Dechun Li,Christian Kr?nkel. Photonics Research. 2016(05)
[5]Passive Q-switching and Q-switched mode-locking operations of 2 μm Tm:CLNGG laser with MoS2 saturable absorber mirror[J]. L.C.Kong,G.Q.Xie,P.Yuan,L.J.Qian,S.X.Wang,H.H.Yu,H.J.Zhang. Photonics Research. 2015(02)
[6]Enhanced emission of 2.9 μm from Ho3+/Pr3+ co-doped LiYF4 crystal excited by 640 nm[J]. 彭江涛,夏海平,汪沛渊,胡皓阳,唐磊,张约品,江浩川,陈宝玖. Optoelectronics Letters. 2013(05)
[7]Er,Cr:YSGG激光在口腔治疗中的应用[J]. 黄楠楠,黄姣. 激光杂志. 2012(04)
[8]纳秒电光调QNd:YVO4激光器[J]. 张翔,冯驰,谢希盈,宴乐仑,雷訇,李强. 强激光与粒子束. 2011(09)
[9]中红外光参量振荡器的最新进展[J]. 阮鹏,谢冀江. 激光杂志. 2010(04)
[10]LDA端泵浦电光调Q脉冲输出特性研究[J]. 高润梅,常胜江,胡智勇,方涛,傅汝廉. 激光与红外. 2008(11)
博士论文
[1]光学超晶格中红外光参量振荡器研究[D]. 宁建.山东大学 2017
[2]全固态中红外2μm波段激光特性研究[D]. 冯天利.山东大学 2015
硕士论文
[1]掺杂钬、镨离子氟化钇锂激光晶体制备及中红外光谱特性[D]. 彭江涛.宁波大学 2014
本文编号：3553634
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３?ＰＭＭＡ、ＨＤＰＥ、ＰＰ材料的吸收曲线［６］??Ｆｉｇ．?１－３?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｃｕｉ＊ｖｅ?ｏｆ?ＰＭＭＡ，?ＨＤＰＥ，?ＰＰ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?［６］．??
山东大学博士学位论文??几类激光器各有优缺点，根据各自的特点应用环境也各不相同。??光参量激光器。光参量激光器利用非线性频率转换技术将成熟的激光波长??（主要是１?ｐｍ近红外激光）变频到３?ｐｍ波段，是目前获得中红外固体相干光??源的常用技术手段。图１－４分别为光参量产生（ＯＰＧ）、光参量放大（ＯＰＡ）和光??参量振荡（０Ｐ０）的原理图。０Ｐ０具有输出功率高、调谐范围宽的特点。如利用??周期极化铌酸锂（ＰＰＬＮ）结合温度调谐和波长调谐两种方式ｎｊ？以实现１．５－５??波长范围的连续调谐激光输出［１１］。兄外，利用不同的非线性晶体可以实现不同??波Ｌ＜：范Ｈ彳的调谐激光输出，如利用２．０，激光器泵浦ＺｎＧｅｈ品体可以实现５－８??ｐｍ激光输出，而ＡｇＧａＳｃ２／ＡｇＣＪａＳ２ｌＶ＾Ｕｉ是吋以实现大Ｔ丨２?Ｍｍ的参想：光输出??［１２］。随着非线性晶体的不断发展，基于频率转换技术的光参量激光器的研宄和??应用也得到广泛推进［１３，?１４］。然而中间频率转换环节的增加，使得整个系统结构??比较复杂，并且光参景频率转换过程属于二阶非线性，必须考虑位相匹屺以及温??度、Ｒ力等外界因素，稳定性和可靠性还有待提高。??（ＯＰＧ）?（ＯＰＯ）??⑷???（０??？?■?■■?一?■?？??（Ｏｐ?＞：：?：：：：：：：；：：：：?：ｘ－?＞？：????ｙ?－＞；■?：：：：：?Ｘ－?ｖ?；；??＾??吟．赛：：：谷：：努：：：务：．：％丨’：寒：务本：＞：：：：：备：令丨?？？？■＇？？？?ｙｉ－?？＞＞＊？？＞＞？？？？＞＞？．??（！）ｓ?丨＿?—?丨－?０）？，??＿?，、?Ｉ?
山东大学博士学位论文??Ｇｏｙａ等人利用如图１－６所示的装置，选用Ｅｒ＾ＺＢＬＡＮ光纤作为增益介质，获得??了最高功率为３５?Ｗ的连续波激光，中心波长为２．８３８?ｐｎ?［１８］。在超快激光器方??面，２０２０年，ＨｏｎｇｇａｎＧｕ等人利用非线性偏振旋转锁模技术，在Ｅｒ３＋：ＺＢＬＡＮ光??纤激光器中实现了脉冲宽度为１３１?ｆｓ的超快激光运转［１９］。对于Ｈｏ１＋掺杂的中红??外光纤激光器，２０１７年，Ｒ．ｌ．Ｗｏｏｄｗａｒｄ等人以Ｈｏ＇Ｐｒ＾ＺＢＬＡＮ光纤作为增益??介质，利用非线性偏振锁模技术搭建了如阁１－７所示的光纤激光器，实现了中心??波长为２．８６?的超快激光输出，其脉冲宽度为２６５?ｆｓ，进一步利用Ａｓ２Ｓ３光纤??在腔外将脉冲宽度仄缩至７０＆［２０』。丨４年，＾１１＼￥（＾等人在丨＾，卩斤共掺氟化??物光纤激光器屮实现ｆ宽度为３４ｎｍ的调谐皮秒激光输出丨２１］。然而，ＺＢＬＡＮ光??纤端面长时间存放易氧化，光纤存在色心，难以获得高的脉冲能量以及激光器难??以长时间稳定运转等问题？直制约着该类激光器的实际应用。并且，目前国内尚??未掌捤ＺＢＬＡＮ光纤的核心制备技术，国外主流产品对国内禁运。??ＴｒａｎＭｎｉｔｔｅＵ?ｌｕｓｃｒ?（２．Ｋ?ｕｒｎ）?／?＼?Ｌａｓｅｒ?ｏｕｔｐｕｔ?（２．Ｋ?ｐｍ）??Ｕ＾，ｎ，?？?〇，，Ｒ－ｒＢｆｌＧ?叫，??（／．?４．０?ｍｍ．?Ｒ?９９＊！〇）?（Ｉ．?￣?０．３?ｍｍ．?Ｒ?￣?１３°／〇）??图?１－６?３５－Ｗ?ＥＡＺＢＬＡＮ?光纤激光器装??Ｆｉｇ．?１－６?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｅｔｕｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?３５－Ｗ?Ｅｒ３ｔ：ＺＢＬＡＮ?ｆｉｂ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Generation of 131 fs mode-locked pulses from 2.8 μm Er:ZBLAN fiber laser[J]. 顾宏安,覃治鹏,谢国强,海婷,袁鹏,马金贵,钱列加. Chinese Optics Letters. 2020(03)
[2]中远红外量子级联激光器研究进展(特邀)[J]. 赵越,张锦川,刘传威,王利军,刘俊岐,刘峰奇. 红外与激光工程. 2018(10)
[3]Bismuth nanosheets as a Q-switcher for a mid-infrared erbium-doped SrF2 laser[J]. JINGJING LIU,HAO HUANG,FENG ZHANG,ZHEN ZHANG,JIE LIU,HAN ZHANG,LIANGBI SU. Photonics Research. 2018(08)
[4]Multilayer black phosphorus as saturable absorber for an Er:Lu2O3 laser at 3 μm[J]. Mingqi Fan,Tao Li,Shengzhi Zhao,Guiqiu Li,Xiaochun Gao,Kejian Yang,Dechun Li,Christian Kr?nkel. Photonics Research. 2016(05)
[5]Passive Q-switching and Q-switched mode-locking operations of 2 μm Tm:CLNGG laser with MoS2 saturable absorber mirror[J]. L.C.Kong,G.Q.Xie,P.Yuan,L.J.Qian,S.X.Wang,H.H.Yu,H.J.Zhang. Photonics Research. 2015(02)
[6]Enhanced emission of 2.9 μm from Ho3+/Pr3+ co-doped LiYF4 crystal excited by 640 nm[J]. 彭江涛,夏海平,汪沛渊,胡皓阳,唐磊,张约品,江浩川,陈宝玖. Optoelectronics Letters. 2013(05)
[7]Er,Cr:YSGG激光在口腔治疗中的应用[J]. 黄楠楠,黄姣. 激光杂志. 2012(04)
[8]纳秒电光调QNd:YVO4激光器[J]. 张翔,冯驰,谢希盈,宴乐仑,雷訇,李强. 强激光与粒子束. 2011(09)
[9]中红外光参量振荡器的最新进展[J]. 阮鹏,谢冀江. 激光杂志. 2010(04)
[10]LDA端泵浦电光调Q脉冲输出特性研究[J]. 高润梅,常胜江,胡智勇,方涛,傅汝廉. 激光与红外. 2008(11)
博士论文
[1]光学超晶格中红外光参量振荡器研究[D]. 宁建.山东大学 2017
[2]全固态中红外2μm波段激光特性研究[D]. 冯天利.山东大学 2015
硕士论文
[1]掺杂钬、镨离子氟化钇锂激光晶体制备及中红外光谱特性[D]. 彭江涛.宁波大学 2014
本文编号：3553634
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