1、自從20世紀60年代少數(shù)研究者對摻Ho激光器進行介紹之后,Ho3+離子因其特殊的光譜特性,如長的激光上能級壽命、可以獲得人眼安全和大氣高透過率的2.1μm激光等,使它成為產(chǎn)生激光的重要離子。2.1μm激光在醫(yī)學、軍事、機械加工和遙感等方面均有重要的應用,特別地,2.1μm激光可通過泵浦非線性晶體有效獲得光電對抗源中紅外3-5μm激光和遠紅外8-12μm激光。為獲得高功率高重頻中紅外3～5μm激光,本文對2.1μm Ho:YAG激光器及其

2、泵浦源Tm:YLF激光器進行了理論分析和實驗研究。
　　理論方面,分析了單摻Tm3+激光和單摻Ho3+激光的能級躍遷機制和發(fā)光機理,建立了單摻Tm3+激光和單摻 Ho3+激光速率方程理論模型,并依據(jù)速率方程模型分析了各種參數(shù)對Tm:YLF激光器和Ho:YAG激光器輸出特性的影響。分析了影響固體激光器弛豫振蕩頻率和弛豫振蕩幅度的各種理論因素,為有效解決Tm:YLF激光器的弛豫振蕩問題奠定了理論基礎(chǔ),為Tm:YLF激光器弛豫振蕩問題的

3、實驗研究提供了重要的理論指導。分析了Tm:YLF晶體和Ho:YAG晶體的溫度場和理論熱焦距長度,為實現(xiàn)Tm:YLF激光器和Ho:YAG激光器的諧振腔優(yōu)化設計提供了必要的參數(shù)。分析了Tm:YLF晶體的熱致?lián)p傷閾值問題,為獲得Tm:YLF激光器可承受的最大泵浦功率值提供了理論參考。
　　實驗方面,對Tm:YLF和Ho:YAG晶體的熱透鏡焦距以及Tm:YLF晶體的熱致?lián)p傷閾值進行了測量,為Tm:YLF和Ho:YAG激光器諧振腔的設計以及

4、Tm:YLF晶體最大可承受泵浦功率提供了參考數(shù)據(jù)。測試了輸出鏡透過率、泵浦-激光模式比率對Tm:YLF激光器功率特性的影響,并依據(jù)對測試結(jié)果的分析進行了高效率腔內(nèi)雙晶體和高功率、高光束質(zhì)量腔內(nèi)三晶體Tm:YLF激光實驗,腔內(nèi)雙晶體Tm:YLF激光器的斜率效率達到49.4％。在Tm:YLF弛豫振蕩實驗中,測試了泵浦功率、腔長和輸出鏡反射率對弛豫振蕩頻率的影響,測試了泵浦功率和泵浦-激光模式比對弛豫振蕩幅度的影響,通過對Tm:YLF弛豫振蕩

5、問題的實驗研究,實現(xiàn)了高效率高功率Tm:YLF激光器功率信號的平滑無尖峰輸出,排除了Ho:YAG激光器高重頻幾十千赫茲工作時的障礙。根據(jù)對腔內(nèi)單晶體和腔內(nèi)雙晶體Ho:YAG激光器諧振腔參數(shù)的理論分析進行了高功率Ho:YAG激光器實驗研究工作,利用兩種結(jié)構(gòu)的激光諧振腔均獲得了平均功率大于40W的2.1μm激光,轉(zhuǎn)換效率均約為50%,證明了百瓦級腔內(nèi)雙晶體Ho:YAG激光器的可行性。通過對鍵合和非鍵合Ho:YAG晶體的實驗對比,發(fā)現(xiàn)鍵合Ho

6、:YAG晶體的轉(zhuǎn)換效率略高于非鍵合晶體,實驗上證明了鍵合Ho:YAG晶體在高功率泵浦時的優(yōu)勢。最后,利用腔內(nèi)單晶體Ho:YAG激光器進行了ZGP OPO的泵浦實驗,OPO的斜率效率達到51.6%,光-光轉(zhuǎn)換效率達到42.1%,利用刀口法測得3-5μm激光10W時的光束質(zhì)量因子M2為4.2,利用HgCdTe探測器測得16.0W時3-5μm激光脈沖寬度為18.5ns,考慮到實驗結(jié)果與國際先進水平的差距,提出了改善中紅外ZGP OPO效率和光