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    題名: 摻鉺氟化釔鋰雷射光幫浦二氧化碳雷射放大器之發展;Development of Optically Pumped $CO_2$ Laser Amplifier with Q-switched Er:YLF Laser System
    作者: 陳駿逸;CHEN, JUN-YI
    貢獻者: 物理學系
    關鍵詞: 兆瓦級二氧化碳雷射;摻鉺氟化釔鋰雷射;Terra-Watt CO2 Laser;Er:YLF
    日期: 2026-08-17
    上傳時間: 2026-10-20 15:41:02 (UTC+8)
    出版者: 國立中央大學
    摘要: 為了與國立中央大學現有的 10.2 \textmu m 種子光源架構整合,本研究探討了一種新型的光學幫浦架構,其不同於加州大學洛杉磯分校(UCLA)利用 Er:YAG 幫浦 Fe:ZnSe 固態雷射來激發二氧化碳($\text{CO}_2$)。本研究利用電光效應去架設 Q-switched Er:YLF 固態雷射,針對 $\text{CO}_2$ 氣體位於 2.7 \textmu m 的分子吸收,直接激發二氧化碳氣體。實驗中架設了一套主動調 Q 的 Er:YLF 雷射振盪器,並對其進行了光學特性量測。該振盪器採用 $\text{MgO:LiNbO}_3$ Pockels cell 進行主動調變,在輸出耦合鏡反射率為 98\%、重複頻率為 $2~\text{Hz}$ 的條件下,測得輸出脈衝能量為 270 \textmu J,脈衝寬度(半高全寬,FWHM)約為 $500~\text{ns}$。此外,透過自行設計與架設的 Czerny-Turner 光譜儀進行光譜測量,雷射中心發射波長約為 $2663~\text{nm}$,該波長與 $\text{CO}_2$ 的吸收光譜有重疊。隨後,本研究利用此 Er:YLF 雷射進行了 $\text{CO}_2$ 氣體的吸收測試。在 4N 高純度 $\text{CO}_2$ 氣體壓力達 $55~\text{psi}$ 的條件下,測量到吸收率達 $3\%/\text{cm}$。我們亦藉此嘗試估算了採用腔內幫浦(intra-cavity pump)架構所能達到的小訊號增益(small-signal gain)。儘管最終放大階段的參數最佳化仍在持續進行中,但本研究已成功驗證了 Er:YLF 腔內幫浦架構的技術可行性,為未來發展太瓦級(Terawatt, TW)$\text{CO}_2$ 雷射前級放大器提供了一項選擇。;This study investigates a different optical pumping scheme than that presented by UCLA, which uses Er:YAG-pumped Fe:ZnSe solid-state lasers to excite carbon dioxide (CO₂), aiming to integrate it with the existing 10.2 \textmu m seed light source architecture at National Central University. This study proposes using an electro-optically Q-switched Er:YLF solid-state laser to excite CO₂ gas, specifically targeting the strong molecular absorption band at 2.7 \textmu m. An actively Q-switched Er:YLF oscillator was constructed and optically characterized. Employing a MgO:LiNbO3 Pockels cell for active modulation, the oscillator delivered a measured output pulse energy of 270 \textmu J from a 98\% output coupler and a pulse duration (FWHM) of around 500ns at a repetition rate of 2Hz. The spectral characterization via a custom-designed Czerny-Turner spectrometer estimate a central emission wavelength of $2663~\text{nm}$, which overlaps with the $\text{CO}_2$ absorption spectrum. Subsequently, CO₂ absorption was tested using this Er:YLF laser. At a maximum pressure of 55 psi for pure 4N CO₂ gas, the absorption rate reached 3\%/cm. We also attempted to estimate the small-signal gain that could be reached from using an intra-cavity pump architecture. While optimization of the final amplification stage is still underway, this work demonstrates the technical feasibility of the Er:YLF intracavity pumping scheme and provides an option for developing terawatt (TW) $\text{CO}_2$ laser preamplifiers.
    顯示於類別:[物理研究所] 博碩士論文

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