半导体激光泵浦Yb：YAG红外激光器研究.pdf

半导体激光泵浦 Yb:YAG 红外
激光器研究

(师范学院,物理系,物理学专业凌昶)
(学号:2000124105)

摘要:本文对半导体激光器泵浦 Yb:YAG 红外激光器进行了实验研究。实验中用
940nm InGaAs 半导体激光器泵浦 Yb:YAG 晶体,获到了 1030nm、 的红外激光输出。
激光斜率效率 %,转换效率为 %,发散角为 49 毫弧度。
关键词:Yb:YAG 晶体、LD 激光泵浦、红外激光
教师点评:本论文主要研制一种全固态微片式红外激光器,方法是利用光纤耦合 940nm
半导体激光器泵浦 Yb:YAG 晶体,输出 1030nm 激光。实验中成功地获得了 连续激光
输出,激光转换效率为 10%左右,发散角为 50 毫弧度,该生利用不同的谐振腔开展了对比
实验,并对输出激光的特性进行了较为详细地分析,从实验结果来看,方法是正确的,
Yb:YAG 激光器近年来在的限制,无大功率输出
的相关报道,本论文尽管有输出腔镜镀膜中心波长与 1030nm 不完全匹配、散热条件不够等
问题,但仍然属于比较好的实验结果。(点评教师:林晓东,教授)

引言
随着激光二极管的发展,用 LD 泵浦代替闪光灯和离子激光泵浦已成为固体激光发展的
主要趋势,这将有利于实现固体激光器的高效率、高功率、小型化、集成化、结构紧凑和降
低成本。InGaAs 激光二极管(泵浦波长 ~)的出现,兴起了对掺 Yb3+激光材料的研
究热潮。近十年来,国外许多著名的研究机构纷纷开展了这方面的研究工作,并将其视为发
展高效率、高功率固体激光器的一个主要途径。到目前为止,美国休斯研究实验室、劳伦斯
利弗莫尔国家实验室、斯坦福大学、德国斯图加特大学等在 LD 泵浦 Yb:YAG 上都取得了
一定的进展,千瓦量级的全固态 Yb:YAG 激光器已被多家研究机构实现,并展现出向更高
功率发展的势头[ 1 ]。近几年,国内许多研究机构也纷纷开展了这方面的研究工作,但是只
得到低功率激光输出。例如,1999 年,中国科学院上海光学精密机械研究所用 InGaAs 激光
二极管泵浦掺杂浓度为 原子百分数的 Yb:YAG 晶体微片时,获得了 300mW 的 1030nm
脉冲激光输出[ 2 ]。2002 年,清华大学物理系、量子信息与测量教育部重点实验室和华北光
电技术研究所合作研究,获得了 16W 的 1030nm 连续激光输出[ 3 ]。
为了进一步研究半导体激光器泵浦 Yb:YAG 晶体所产生的 1030nm 激光的性能,本文
研究了掺杂 Yb3+分数为 6 at%的 Yb:YAG 晶体的激光性能。
一、实验原理
基本原理
采用波长与激光工作物质(Yb:YAG 晶体)吸收波长相匹配的半导体激光作泵浦光源,
激光工作物质在泵浦光源作用下,形成粒子数反转,利用光学谐振腔,使光在光谐振系统中
增益放大并输出激光。
Yb:YAG 晶体特性
3+ 3+
Yb:YAG 晶体是由 Yb 取代 Y3AL5O12 中部分 Y
离子生成的晶体,晶体呈淡蓝绿色。由于 Yb3+和 Y3+