非均匀增益液体激光介质的输出特性研究

相对于固体激光介质，液体激光介质具有损伤阈值高、无热变形、无热致材料断裂、易于进行热管理和成本低等优点，在高重频、高平均功率和高能量输出的激光系统中有非常大的应用潜力。但是，液体介质对泵浦光的不均匀吸收引起增益和热的不均匀分布，产生热流场，从而影响激光输出特性，如光束质量变差、激光输出不稳定等。另外，现有液体激光介质多为有毒、高腐蚀性，使高功率激光系统的运行存在隐患。本项目比较多种液体激光介质的光学特性，优选出"绿色"液体激光介质；针对特定的泵浦结构、液体流动循环方式，建立固体-液体-气体的热动力学模型，描述液体介质的三维瞬态温度分布和热致折射率分布；研究非均匀增益、液体热流运动等对输出激光动态模场分布及其稳定性影响。搭建液体激光实验系统，测量液体介质的非均匀增益分布，优化泵浦结构及谐振腔结构，设计非均匀增益的补偿方案，为高平均功率/能量和高光束质量的液体激光器的设计奠定理论和实验基础。

液体介质对泵浦光的不均匀吸收引起增益和热的不均匀分布，产生热流场，从而影响激光输出特性，如光束质量变差、激光输出不稳定等。另外，现有液体激光介质多为有毒、高腐蚀性，使高功率激光系统的运行存在隐患。本项目研究了多种液体激光介质的输出特性，取得了如下主要成绩：（1）我们制备了对泵浦光具有较强吸收以及在溶剂中具有良好溶解性的稀土配合物、表面改性的纳米稀土氧化物以及稀土掺杂纳米晶等，优选出"绿色"液体激光介质；（2）针对特定的泵浦结构、液体流动循环方式，建立固体-液体-气体的热动力学模型，描述液体介质的三维瞬态温度分布和热致折射率分布；（3）研究非均匀增益、液体热流运动等对输出激光动态模场分布及其稳定性影响。（4）搭建液体激光实验系统，优化泵浦结构及谐振腔结构，为高平均功率/能量和高光束质量的液体激光器的设计奠定理论和实验基础。    .授权国家发明专利4项（另有美国专利申请1项），发表SCI论文19篇，EI论文11篇，（其中14篇论文发表在Nano Letters, Optics Letters, Optics Express等光学类国际重要学术期刊上），获中国电子学会电子信息科技进步二等奖1项，应邀在国内外重要学术会议做邀请报告2次，培养硕博士研究生毕业7名。