《高功率摻鉺透明陶瓷脈衝雷射器基礎問題研究》是依託復旦大學，由沈德元擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高功率摻鉺透明陶瓷脈衝雷射器基礎問題研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：沈德元
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目研究1.6-μm半導體泵浦摻鉺陶瓷高功率脈衝雷射器光譜控制和功率定標放大的基礎技術問題，建立獲得平均功率數百瓦量級、中心波長漂移小於0.2-nm的1.6-μm脈衝雷射理論模型，並進行相關的實驗研究。通過對鉺摻雜脈衝雷射振盪和放大過程中能量上轉換（ETU）、自發輻射放大(ASE)、激發態吸收(ESA)、基態重吸收(GSA)、增益飽和等因素對系統功率提取效率和雷射輸出特性影響的研究，最佳化系統構型和設計方案。利用1.5-μm同帶泵浦方式，通過MOPA結構獲得1.6-μm高功率脈衝雷射輸出。通過合理選擇振盪器中的光譜控制元件參數，以及合理分配振盪器、預放級與功放級中泵浦光功率，提高轉換效率，驗證並完善理論模型。
結題摘要
本項目研究工作針對聯合基金“培育項目”的明確目標課題-16.高功率摻鉺透明陶瓷脈衝雷射器基礎問題開展。通過研究探索了獲得高平均功率、中心波長穩定的1.6微米波段脈衝雷射理論模型，進行相關原理實驗驗證，掌握相關關鍵技術和設計要點。完成情況如下： （1）研究了透明陶瓷雷射材料的增益和泵浦吸收特性。針對Er:YAG陶瓷典型準三能級特性，研究了其在1.6微米波段吸收、共振泵浦中的基態漂白現象及不同摻雜濃度Er:YAG陶瓷的對雷射性能的影響。連續運轉時，光束質量接近衍射極限，雷射斜效率達到61%，在16.7 W時仍然保持了良好的線性，表明Er:YAG透明陶瓷具有良好的光學質量。 （2）透明陶瓷脈衝雷射器和放大模組的理論研究。基於Er:YAG透明陶瓷的光學特性和光譜實驗數據，建立了摻鉺透明陶瓷雷射脈衝運轉和放大模組的動力學方程，研究了基態漂白、上轉換、再吸收、樣品長度、輸出透過率、泵浦波長等對泵浦儲能、脈衝能量和寬度、輸出效率等雷射性能的影響，最佳化了雷射系統構型和設計參數。針對理論和實驗中顯示的泵浦基態漂白特性，研究了利用放大方式進一步提高輸出脈衝能量的可行性，分析了放大模組的泵浦光波長選擇和泵浦構型問題。形成了系統的高功率透明陶瓷雷射器的系統結果和設計原理，為高功率透明陶瓷雷射器設計和搭建提供了依據。完成並提交了理論計算結果和原程式。 （3）Er:YAG透明陶瓷脈衝雷射器的原理實驗驗證。搭建了Er:YAG陶瓷脈衝雷射器，利用體布拉格光柵實現光譜選擇和控制，長時間運轉時中心波長穩定（＜0.2nm）。低重頻（100 Hz）運轉時，脈衝寬度最小可達50 ns，高重頻（數千Hz）運轉時，脈衝寬度至百納秒，由Er離子發射截面小所致。利用腔倒空方案實現了幾千Hz重頻下10 ns級脈寬的雷射輸出，最大平均功率約為7.7 W。利用1470nm波長半導體雷射器泵浦Er:YAG陶瓷作為放大模組，研究了放大特性，在1 kHz下的放大倍數為1.5。
