Исследование и оптимизация спектральных и энергетических характеристик малогабаритных Er:YLF и Er:YAG лазеров с диодной накачкой

• Автор: Сачков, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1 Основные способы генерации лазерного излучения в области длин воли 3 мкм.

1.1 Лазеры на кристаллах, активированных ионами хрома С г2, железа е2 гольмия Но2.

1.2 Параметрическая генерация света в диапазоне 3 мкм.

1.3 Лазеры на кристаллах, активированных ионами эрбия Ег

Глава 2 Математические модели процессов многочастотной генерации

ЕпУЬР и ЕпУАО лазеров с диодной накачкой

2.1 Компьютерная модель многочастотной генерации ЕпУЬР и ЕпУАО лазеров.

2.2 Аналитическая модель многочастотной генерации лазеров на кристаллах ЕпУЬР и ЕпУАО с селективной накачкой на энергетический уровень ц2.

2.3 Управление спектральными параметрами генерации лазеров на эрбиевых кристаллах.

2.4 Эффективность трехмикронной генерации ЕпУЬР и ЕпУАв лазеров при селективной накачке на энергетические уровни ц2 и 2.
Глава 3 Результаты экспериментального исследования многочастотной генерации малогабаритных ЕпУЬР и ЕпУАв лазеров.
3.1 Лабораторный стенд для исследования параметров генерации эрбиевых лазеров.
3.2 Спектральные и энергетические параметры генерации ЕпУЬР и ЕпУАСЗ лазеров в режиме одиночных импульсов
3.3 Спектральные и энергетические параметры генерации ЕпУЬР лазера в импульснопериодическом режиме
Глава 4 Особенности генерации лазера на кристалле ЕпУЬР в режиме модуляции добротности
4.1 Модель процесса генерации ЕпУЬР лазера с селективной накачкой в режиме модуляции добротности резонатора.
4.2 Экспериментальное исследование генерации ЕпУЬР лазера в режиме пассивной модуляции добротности затвором на кристалле РегпБс
Заключение
Список литературы


В работе приведены рассчитанный области параметров накачки ЕпУТЛ7 лазера, обеспечивающие генерацию только на длине волны 2. В четвертой части главы 2 представлены результаты теоретического исследования эффективности трехмикронной генерации эрбиевых лазеров. Оценки производились для двух наиболее распространенных кристаллов: ЕпУАв и Ег:У1Л Предельная эффективность генерации в данных средах составляет . В случае импульсной генерации имеется оптимальное значение длительности импульса накачки, обеспечивающее максимальную эффективность. В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований трехмикронной генерации ЕпУЫ7 и ЕпУАО лазеров с диодной накачкой в режиме свободной генерации. В экспериментах с использованием спектрально неселективного выходного зеркала наблюдалось скачкообразное смещение длины волны генерации в красную область спектра. В случае ЕпУЬЕ лазера наблюдалась следующая последовательность смены длины волны: 2. При генерации кристалла ЕпУАв получена последовательность длин волн генерации: 2. Вт. Ег3' в данной среде и, соответственно, недостаточной мощностью применяемой диодной матрицы для реализации его эффективной накачки. При импульсно-периодическом режиме накачки в эксперименте наблюдалась зависимость спектра генерации ЕпУІЛ7 лазера от частоты следования импульсов накачки, близкая к рассчитанной в рамках аналитической модели. Четвертая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию генерации ЕпУЬР лазера в режиме модуляции добротности. В первой части главы 4 приведены аналитические выражения, описывающие энергетические параметры генерации эрбиевых лазеров в режимах активной и пассивной модуляции добротности. Приведена методика и пример расчета селективных свойств выходного зеркала, резонатора ЕпУЦг лазера, необходимых для получения генерации на заданной длине волны. Во второй части главы 4 приведена математическая модель, описывающая процесс генерации ЕпУТЛ7 лазера с диодной накачкой в режиме пассивной модуляции добротности затвором на основе кристаллов їїе“ :2п8е, учитывающая переходы между основными нижними энергетическими уровнями иона Ег3+, в т. Данное отличие объясняется тем, что для кристалла Ре2~:2п8е сечение поглощения на длине волны 2. Это приводит к тому, что величина модуляции потерь на длине волны 2. Ре“ :2п8е затвором. Для случая отсутствия спектрально-селективных элементов в резонаторе лазера в течение одного импульса накачки получен ряд импульсов генерации, в пределах которого происходила смена длины волны генерации в последовательности 2. Вт на длине волны 2. Вт на длине волны 2. При использовании- спектрально-селективного выходного зеркала с коэффициентом отражения на длине волны 2. Ре2+:2п8е-затвора с начальным' пропусканием на длине волны 2. Дж и длительностью не. Генерация осуществлялась на длине волны 2. В заключении сформулированы и подытожены основные результаты, полученные при выполнении настоящей работы. В настоящей главе диссертации приведен обзор публикаций, представляющих результаты исследований и разработок твердотельных лазеров и лазерных систем, излучающих в спектральной области 3 мкм. В первой части главы кратко рассмотрены существующие методы получения лазерного излучения диапазона 3 мкм, альтернативные применению лазеров на кристаллах, активированных ионами эрбия Ег3+, показаны их основные достоинства и недостатки. Во второй части данной главы приведены результаты, полученные при исследовании и создании эрбиевых лазеров трехмикрометрового диапазона с диодной накачкой. В частности рассмотрены известные методы оптимизации и управления характеристиками лазеров данного типа. Способы, основанные на получении лазерной генерации непосредственно в области 3 мкм. Способы, использующие эффекты нелинейной оптики для преобразования в область 3 мкм излучения эффективных лазеров других спектральных диапазонов. К способам первой группы относится получение лазерной генерации в кристаллах, активированных ионами хрома Сг2" [-], железа Ре2+ [-], гольмия Но3^ [-], эрбия Ег3?