共振泵浦光纤-体块混合激光器及激光晶体中反斯托克斯荧光冷却效应的研究

本项目针对传统固体激光严重的热效应问题，提出和研究从根本上克服热效应对激光发展的制约、大幅提高固体激光输出功率水平并同时获得好的光束输出质量的新技术方案。其核心是以高功率掺Tm光纤激光'共振'泵浦Ho:YAG激光，除以'共振'泵浦方式最大限度减少晶体中的量子亏损热外，还通过对晶体中反斯托克斯荧光冷却效应的研究和利用以及采用低掺杂激光增益介质等措施，进一步降低晶体中的热产生。这一方案不仅让"光纤-体块"混合激光系统的量子亏损热主要由散热性能优越的光纤分担，大大缓解激光晶体中的热问题，还综合了光纤激光效率高、光束质量好和体块固体激光模体积大、利于储能的共同优点。通过本项目对激光晶体中反斯托克斯荧光冷却效应的深入研究，以期对利用这一物理机制抵消共振泵浦激光系统中晶体内量子亏损热的可行性作出评估，为突破固体激光发展瓶颈，开辟未来高功率、高能激光发展新方向提供新思路和参考。

针对传统固体激光热效应瓶颈问题和人眼安全1.6-2μm波段激光在激光雷达、国防、医疗和3-5μm中红外激光的产生等重要领域的应用需求，我们以自主研发的宽带可调谐掺铥(Tm)、铒(Er/Yb)高功率光纤激光共振(同带)泵浦掺钬(Ho)、铥(Tm)、铒(Er)等体块固体激光增益介质，系统研究了其共振泵浦激光输出特性。利用共振泵浦系统量子亏损小以及泵浦源光束质量好利于采用低掺杂激光增益介质等优势，实现了1.6-2.1μm Ho:YAG、Ho:LuAG、Tm:YAG、Er:YAG透明陶瓷和Ho:LuAG、HoLuYAG、Tm:YAG晶体等系列激光器的高功率、高效率和高亮度运转。.利用二能级理论模型分析了2μm波段的Tm:YAG和Ho:YAG等体系反斯托克斯激光制荧光冷特性，对抽运光功率、有效吸收截面等因素对制冷效果的影响进行了分析，给出了具体的制冷表达式。为进一步的实验提研究供了理论依据和准备。.共振抽运“光纤-体块”混合激光系统不仅其热沉积主要由散热性能优越的光纤分担，大大缓解激光晶体中的热问题，还综合了光纤激光效率高、光束质量好和体块固体激光模体积大、利于储能的共同优点。该项目的工作可为突破固体激光发展瓶颈，开辟未来高功率、高能激光发展新方向提供新思路和参考。 .