太阳光泵浦固体激光阈值的理论分析

为了选择适合太阳光泵浦的激光材料,本文从四能级速率方程出发,综合考虑了太阳辐射带状光谱特性和激光材料对泵浦光吸收能力,建立了太阳光泵浦固体激光理论模型。利用该模型推导得到了单束光侧面泵浦和椭球腔侧面泵浦方式下的泵浦阈值表达式,并结合Nd~3+∶YAG、Nd~3+∶glass、Nd~3+∶Cr~3+∶GSGG(Nd~3+∶Cr~3+∶Gd_3Sc_2Ga_3O_12)、Cr~3+∶BeAl_2O_4和Cr~3+∶Nd~3+∶YAG等激光材料的光谱参数,计算了这些材料的泵浦阈值光强。结果表明:在单束光侧面泵浦和椭球腔侧面泵浦方式下,Nd~3+∶YAG的泵浦阈值光强分别为448个太阳常数和224个太阳常数,是比较适合用太阳光泵浦的激光材料。由于椭球腔的特殊结构,采用椭球腔侧面泵浦激光介质,阈值光强比较低。分析了泵浦阈值光强与材料直径的关系。该模型可用于从现有的激光材料中筛选出在太阳光泵浦下最易输出激光的工作物质。