毛延魏开题报告.doc

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1、毕业设计（论文）开 题 报 告题 目LD端面泵浦Nd:YAG陶瓷激光性能研究学 院物理与电子信息工程学院专业物理学班级09物本学号学生姓名毛延魏指导教师朱海永温州大学教务处制温州大学毕业设计（论文）开题报告一、 选题的背景与意义： 在物理上，激光是通过外界辐射而受激发射，从而使光得到放大的一种强度高并且平行度也很高的相干光。激光器发明于1960年，它的出现震惊了当时世界各国的各个科学领域，并且，激光器很快就被科学家应用到生产、生活的各个领域，而激光器也被视为20世纪的三大发明之一。固体激光器是一种往固态基质中掺入少量激活元素并以此作为工作物质的激光器。这些激活元素也叫激活离子，并且这些激活离子

2、的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性。而工作物质中的固态基质一般为绝缘体和半导体，它决定的是工作物质的物理、化学特性。 固体激光器的基本组成为：激光工作物质、泵浦源、聚光腔、谐振腔等,而其中用作固态基质的绝缘体目前主要是刚玉、石榴石晶体和各种玻璃，铷等稀土元素离子作为固体激光器工作物质中的激活离子是目前最常见的，例如，全世界第一台激光器把红宝石作为工作物质，科学家往红宝石里面掺的就是很少的铬离子的刚玉。毫无疑问，固体激光器的核心就是其中的工作物质，工作物质是固体激光器领域一直在研究并继续在发展的方向之一。固体激光器中的工作物质一般都有特殊要求：第一，要有较高的荧光量子效率；第二，

3、针对特定的某一种泵浦源要有较强的光谱吸收；第三，杂质、气泡、条纹等影响光学质量的物质要越少越好；第四，要有良好的物理、化学性能：导热率高，热膨胀系数小，熔点大，机械强度高，化学稳定性好；第五，该工作物质要制备简单，加工容易，成本低。其次，固体激光器中的工作物质中，激活离子的掺杂浓度的大小也是至关重要的。掺杂浓度高，吸收高，激光器的效率高；可如果掺杂浓度过高，激光器效率反而会下降，甚至最坏的情况会是出现浓度猝灭。所以，这里会有一个最佳掺杂浓度。近几年来，透明陶瓷作为固体激光的工作物质已经得到人们越来越多的重视。而作为一种新出现的材料，陶瓷所具备的优点是其它材料所不可比拟的。陶瓷具有高热导率、耐磨

4、损、耐腐蚀、低电导率、高硬度等一系列优异的综合性能。与传统的玻璃材料相比，陶瓷具有更好的韧性和抗光伤能力；而与单晶材料相比较，陶瓷的生产周期更短，掺杂浓度更高，生产成本更低。透明陶瓷的发展最早始于20世纪50年代。早在1959年，美国的一家公司制作出世界上第一块透明氧化铝陶瓷，从而证明了透明陶瓷的存在。但是，由于当时陶瓷存在气孔和内部晶界以及晶格的不稳定性，造成了低的透光性以及较大的散色损耗。直到1990年，采用化学共沉淀法制备出的第一块Nd：YAG透明陶瓷问世，陶瓷的光谱性能变得与单晶相同。后来的30多年，随着科学制备工艺的进步，Nd：YAG透明陶瓷的激光性能变得越来越好，引起了科学家们足够

5、的重视。陶瓷是介于玻璃和晶体之间的一种激活介质。但与玻璃相比，它有着良好的热血性质；与晶体相比，它制备容易，而且容易达到大的尺寸。陶瓷的具体优势表现在：1. 成本低廉，生产周期短，容易形成产业化模式进行生产；2. 形状多样并能生成大尺寸的材料；3. 多功能陶瓷材料可以通过烧结法制备。4. 激活元素掺杂浓度高且掺杂得均匀；以上这些优点与优势，使陶瓷成为新一代高功率固体激光器的材料，顺理成章地得到国内外科研人员的高度重视。 目前，研究人员在近十年关于激光工作物质制备技术领域的最重要创新便是Nd：YAG透明陶瓷。 1984年，荷兰研究人员发现，通过烧结YAG陶瓷，可使其达到完全透明。 1995年，日

6、本研究人员发明出世界上第一台能与Nd：YAG单晶激光器相抗衡的Nd：YAG透明陶瓷激光器。 2000年，利用LD泵浦的含2%Nd3+浓度的Nd：YAG透明陶瓷实现了高效激光振荡。 在随后的一系列研究中，Nd：YAG透明陶瓷激光器的输出功率从31W被提高到72W，88W和1.46KW。 2001年，日本研究人员研制出的Nd：YAG透明陶瓷激光器的输出功率达到了10KW。 目前，日本精细陶瓷研究中心、日本分子科学所激光研究中心和罗马尼亚原子物理研究所，俄罗斯科学院晶体所等单位处在Nd：YAG透明陶瓷激光器研究的世界最前端，我国目前在这方面还处于初级起步阶段。二、主要任务（1）学习激光产生的基本原理

7、及其特性；（2）了解激光材料特性及关键参数；（3）了解固体激光器的结构；（4）了解Nd：YAG固体激光器的性能与优势；（4）进行基于透明激光陶瓷的1微米和1.338微米波段激光实验研究； （5）通过实验数据，在老师的指导下思考并分析如何优化相关激光输出性能及参数；三、研究的基本内容与目标：1、研究的主要内容 （1）通过调研及自习激光原理和材料性能；通过查阅相关文献熟悉激光原理，并了解常用激光材料性能。 （2）通过查阅资料固体激光器的结构； （3）通过查阅了解Nd：YAG固体激光器；（3）进行陶瓷激光实验研究；熟悉激光光路的调节，和激光参数的实验优化。2、 研究目标 （1）通过本次毕业设计，熟悉

8、激光原理； （2）通过本次毕业设计，了解Nd：YAG固体激光器的性能与优点； （3）通过实验获得基于透明激光陶瓷的1微米和1.338微米波段激光输出。四、研究的方法与技术路线：1、研究方法：（1）通过网络、期刊杂志等查阅资料，熟悉课题，了解背景及意义；（2）在自学的基础上，根据老师的指导进一步熟悉激光原理，并掌握光参量振荡的基本原理；（3）在老师的指导下，通过实验进一步了解激光原理，获得基于透明激光陶瓷的1微米和1.338微米波段激光输出并记录相应的数据；（4）通过实验数据，在老师的指导下思考并分析如何优化相关激光输出性能及参数；2、技术路线：（1）准备阶段：收集和学习相关资料，熟悉课题，了解

9、背景及意义；进行前期研究，了解设计题目所需的技术和知识。（2）理论研究：利用Matlab模拟激光腔参数，获得实验所需的基本参数。（3）实验研究：在实验室里通过搭建激光光路，根据已掌握的知识调试仪器，调试光路，通过实验获得基于透明激光陶瓷的1微米和1.3微米波段激光输出，并记录相应的数据。（4）论文创作阶段：整理、总结设计和调试等的文档，完成论文写作。五、研究的总体安排与进度：（1）10.31之前下达任务，了解课题任务；（2）11.1-11.10进行资料收集和文献查阅，外文翻译；（3）11.10-11.30完成外文翻译、开题报告、文献综述等；（4）12月上旬，指导教师审阅材料并准备中期检查； （

10、5）12.1-1.15进行相关激光实验。（6）1.16-2.26学生撰写毕业论文；（7）2.26-3.6指导教师审阅和修改毕业论文；（8）5月，完成答辩；六、主要参考文献：1.W克希耐尔著,孙文等译,固体激光工程,第五版,北京:科学出版社, 2002.2. 陈钰清,王静环编,激光原理,第一版,浙江:浙江大学出版社,2004.3.周炳坤,高以智,陈倜嵘等,激光原理,第一版,北京：国防工业出版社,1984.4. Y. F. Chen, T. M. Huang, C. C. Liao, Y. P. Lan, and S. C.Wang, “Efficient high-power diode-end

11、-pumped TEM00Nd:YVO4 laser,” IEEE Photonics Technol. Lett.1999,11,12411243.5.Hideki Yagi,36W diode-pumped continuous-wave 1319nm Nd:YAG ceramic laser,OL,2002,27(13):1120-1122.6. S.G.P. Strohmaier, H.J. Eichler, J.-F. Bisson, H. Yagi, K. Takaichi, K. Ueda, T. Yanagitani,A.A. Kaminskii, Ceramic Nd:YAG

12、 laser at 946 nm, Laser Phys. Lett. 2005,2, No. 8 , 383386 .7. C. L. Li, X. H. Zhang, W. Liang, and G. Y. Jin，Diode_Pumped CW Nd:YAG Laser at 1356 nmBased on the 4F3/24I13/2 Transition，Laser Physics, 2011, Vol. 21, No. 6, pp. 101710208. 赵欣, 姚建铨,张百钢,路洋, 张铁犁, 纪峰, 李海峰，LD端泵浦1 319 nm 3. 11 W 3.1W Nd :YAG激光器，光电子激光，2006,17（6），673-677.9. 武德勇，高松信等.高功率线阵半导体激光器光纤耦合设计J.激光杂志，2002,23（5）19-20.10.廉伟艳，周瑜，王廷营，张贵忠，向望华，1319nm Nd:YAG 激光器的研制及其倍频研究，激光与红外，2007,37（6）508-512指导教师审核意见： 签 名: 年 月 日