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基于循环级联的Er:YAG晶体波导激光器2.94μm高效率输出机理研究

批准号:
62075003
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李强
依托单位:
学科分类:
激光
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
构建基于循环级联的Er:YAG晶体波导双谐振激光器新结构,开展常温低掺杂Er:YAG激光器2.94μm中红外激光高效率输出机理研究,为高平均功率、高光束质量的中红外激光输出提供新方法。首先设计、制备晶体方波导增益介质和泵浦结构,构建新结构激光器,常温级联输出中红外激光,研究级联输出光谱特性。其次,通过外部输入1.6-1.9μm的可调谐激光,研究Er:YAG晶体的激发态吸收光谱特性。再次,采用在腔内插入波长选择元件的方法,选择、稳定近红外级联光;通过级联光与基质的声子辅助能量转换方法,产生上转换光,研究声子辅助作用影响上转换光效率的机理,获得高效的非共振激发态吸收循环级联。最后,优化双谐振腔光学元件的参数,进一步提高2.94μm中红外激光稳定输出效率,获得高平均功率、高光束质量2.94μm中红外激光输出。为探索固体激光器中红外激光高效率输出提供一新途径,为医学、前沿科学的研究提供支撑。
英文摘要
A novel structure of Er:YAG crystal waveguide double resonance laser based on cyclic cascade is constructed. The mechanism of high efficiency output of 2.94 μ m mid infrared laser with low dopant concentration Er:YAG at room temperature is studied, which provides a new method for high average power and high beam quality mid infrared laser output. Firstly, we design and fabricate the gain medium and pump structure of crystal square waveguide, build a new structure laser, cascade output mid infrared laser at room temperature, and study the spectral characteristics of cascade output. Secondly, the excited state absorption spectrum of Er:YAG crystal is studied by external input of 1.6-1.9μm tunable laser. Thirdly, we select and stabilize near-infrared cascade light by inserting a wavelength selective element in the cavity. By using the method of phonon assisted energy conversion between cascaded light and substrate to generate up conversion light, the mechanism of phonon assisted effect on up conversion optical efficiency is studied, to acquire efficient non-resonant excited-state absorption. Finally, by optimizing the parameters of the optical elements in dual resonator, the stable output efficiency of 2.94 μ m mid infrared laser is further improved, and the high average power and high beam quality of 2.94 μ m mid infrared laser output is obtained. This project will provide a new way to explore the high efficiency output of mid infrared lasers, simultaneously offers great support to research in medicine, frontier science.
基于循环级联,理论研究了3μm中红外激光输出特性的影响因素,在常温下构建循环级联谐振腔,实现常温低浓度 Er:YAG 晶体高效率中红外3μm脉冲激光输出,并在不同中低掺杂浓度的该晶体中实现了中红外激光连续输出。研究中,首次在常温下观测到 Er:YAG 晶体中的级联发射现象,通过级联振荡实验发现了近红外级联发射的特征波长为1469nm,设计泵浦探测实验确定了激发态吸收的特征波长为1676nm。基于两个特征波长,构建了在声子辅助作用下,级联波长与激发态吸收波长实现匹配,完成了循环级联过程的物理模型。实验结果表明,循环级联过程显著降低了中红外激光的起振阈值,提高了输出斜效率。特别是在 25at.% 掺杂浓度的 Er:YAG 晶体中获得了37.2% 的斜效率,首次超过斯托克斯极限。此外,通过缩短晶体长度和优化泵浦源光束质量等方法,首次在常温下使用较低掺杂浓度(原子数分数 10%)的 Er:YAG 级联激光器实现 3μm 中红外激光的连续输出。该研究为理解晶体中循环级联的内在机理提供依据,也为其他掺 Er³⁺离子增益介质中的循环级联研究提供参考。
基于阵列晶体波导的高功率超短脉冲激光放大器关键技术研究
  • 批准号:
    62275007
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    李强
  • 依托单位:
城市场地不透水面形态的水文生态效应及其更新设计研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    李强
  • 依托单位:
城市场地不透水面形态的水文生态效应及其更新设计研究
  • 批准号:
    52078006
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    李强
  • 依托单位:
基于增益光栅的调Q脉冲单频固体激光器稳频机理研究
  • 批准号:
    61378023
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    李强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金