图4-1 常用的激光材料和泵浦源 9

图4-2 VBG选频的Tm:YAG陶瓷激光器实验装置图 11

图4-3 不同输出透过率的激光输出功率随入射泵浦光的变化曲线 12

图4-4 输出激光光谱图。插图：光斑能量二维分布图 12

变量注释表

VBG 体布拉格光栅

一、引言

自爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》起，继1960年7月7日，《纽约时报》首先披露，梅曼成功制成了世界上第一台红宝石激光器，直至今日激光器广泛应用于军事、工业、农业、医学、通信等各个方面。激光器有很多种，我们根据它工作物质的不同分为化学激光器、半导体激光器、固定激光器、气体激光器、液体激光器等等，在本文中，我们将对固体激光器进行研讨学习。

掺杂稀土离子的激光晶体或玻璃材料作为固体激光器的增益介质，而目前研究最热门的是透明陶瓷在光学陶瓷中掺杂稀土离子也能产生激光作用，这类介质较于晶体或玻璃的优点是成本低、热导率高、其抗热冲击能力高于玻璃。最近用陶瓷作为激光介质已经取得很多令人振奋的成果。而激光波长可通过体布拉格光栅（VBG）进行调谐的性质也是一个值得研究的方向。目前VBG已被应用于半导体激光器、光学参量振荡器和固体激光器的窄线宽输出方面。

本文研究主要是基于体布拉格光栅原理，实现Tm:YAG陶瓷激光器波长的可调谐特性的研究，提供固体激光器波长调谐的新方案，另外也可以实现固体激光器的窄线宽运转。

本论文的具体内容为：文献综述

1、论述激光陶瓷的这类激光介质；

2、继而介绍的Tm：YAG陶瓷；

3、说明VBG实现线宽窄化和激光输出波长调谐的基本原理； 

4、将VBG应用于Tm：YAG陶瓷激光器中，利用反射式VBG压窄线宽的特性研究激光输出的特性。

二、2μm波段陶瓷激光器

2µm波段的激光处于人眼安全波段，而且在空气中有比较高的传输透过率，是风速测量、相干激光雷达、材料切割等应用方面的重要光源。水对2μm波段激光的强吸收可用来实施激光外科手术，实现病灶有效切除、凝血以及热损伤之间的有效平衡，同时又克服了2.1µm波长钬激光在手术中所产生的视场模糊和创口不光滑等问题，能够始终保持视场清晰，有利于手术的持续进行。因此，铥激光成为非常有潜力的一类医疗激光，能够满足大量激光外科手术的需求。另外，2μm掺铥激光还可以用作掺钬激光系统以及中红外参量激光的泵浦源。

2.1透明激光陶瓷

以透明陶瓷为代表的新型激光材料的出现为新型激光器，特别是高功率激光器的设计与制造提供了新的材料基础。透明陶瓷作为固体激光材料是近年来研究的热点，相对于单晶和玻璃而言，透明陶瓷优势明显，表现在：

   （1）透明陶瓷所具备的物理化学性质、光谱特性和激光性能与单晶类似。

   （2）透明陶瓷具备制备周期短、生产成本低容易控制形状的特点，因此能够轻易实现批量生产。

   （3）透明陶瓷能够实现高浓度掺杂，而且它的光学均匀性不错。因为掺杂离子在单晶中受到限制，其被分凝系数限制，很难实现高浓度掺杂，且容易在径向方向形成浓度梯度；而采用陶瓷的制备工艺，可以实现高浓度掺杂和分子水平上的均匀性。