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姓名	張瑞彬(Ruei-bin Jhang)  查詢紙本館藏	畢業系所	光電科學與工程學系
論文名稱	微小化Er:YAG固態雷射特性之分析與模擬
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摘要(中)	本論文是藉著速率方程式分析 2.94 μm Er:YAG 固態雷射的特性，以及模擬 Er:YAG 雷射輸入與輸出的關係。雖然 Er:YAG 雷射屬於四能階系統雷射，卻又和一般三能階或四能階雷射的特性不同，Er:YAG 雷射在2.94 μm 波長，其雷射下能階的生命期比上能階的生命期長，加上特殊的能量轉換機制，造成在某些泵激條件下有量子效率大於一的特性。由於2.94 μm 波長的光位在水的強吸收波段，在生醫方面有很多的應用，譬如雷射採血與雷射美容等，但對於 Er:YAG 固態雷射的研究，大都是二極體雷射連續泵激或者是閃光燈脈衝泵激大尺寸的 Er:YAG 雷射，造價昂貴，我們希望藉著模擬，找出適合小型化雷射的參數，以便將來能做出小型化的 Er:YAG 雷射。
摘要(英)	In this thesis, we analyzed the characteristics and the relations between its input and output of 2.94 μm Er:YAG solid-state laser using rate equations. Although Er:YAG laser is a four-level laser system, it differs in the characteristics from general three-level and four-level lasers. For the transition at 2.94 μm, the life time of lower laser level is longer than that of upper laser level. Besides, there exists some energy transfer processes which causes the quantum efficiency of laser to be larger than one in certain pump condition. Because the wavelength at 2.94 μm is located at the absorption peak of water, Er:YAG laser has many applications in the biomedical field, for example, laser perforator and laser resurfacing. For the most research of Er:YAG laser so far, the pumping was either by powerful laser diodes or using large size flashlamps. We simulated to find out the suitable laser parameters aiming to develop a miniature Er:YAG laser in the near future.
關鍵字(中)	★ Er:YAG ★ 固態雷射	關鍵字(英)
論文目次	中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 序論 1 1-1 研究背景與動機 1 1-2 研究目標 2 1-3 本論文大綱概敘 3 第二章 Er:YAG 四能階固態雷射的理論 4 2-1 四能階雷射系統簡介 4 2-2 Er:YAG 固態雷射特性及能階躍遷機制 6 2-3 Er:YAG 速率方程式 9 2-4 雷射輸入與輸出間轉換效率的關係 12 第三章 Er:YAG 固態雷射的模擬及特性分析 18 3-1 Er:YAG 雷射的暫態模擬及上轉換機制對雷射的影響 18 3-1-1 Er:YAG雷射暫態振盪現象 18 3-1-2 4I13/2、4I11/2 能階上轉換機制對 Er:YAG 雷射的影響 23 3-2 Er:YAG固態雷射的量子效率 25 3-2-1 泵激到不同能階下對量子效率的影響 25 3-2-2 生命期 對量子效率的影響 27 3-3 模擬二極體雷射連續泵激情況 33 3-3-1 二極體雷射連續泵激的雷射輸出功率 33 3-3-2 模擬與實驗的比較 37 3-4 模擬閃光燈泵激的情況 40 3-4-1 在閃光燈泵激的雷射輸出能量 40 3-4-2 模擬結果與實驗的比較 45 第四章 Er:YAG 雷射微小化的模擬 48 4-1 微小化 Er:YAG 雷射的模擬 49 4-2 模擬結果討論 56 第五章 結論 58 參考文獻 60
參考文獻	【1】E. Zharikov, V. Zhekov, L. Kulevskii, T. Murina, V. Osiko, A. Prokhorov, A. Savel’ev, V. Smirnov, B. Starikov and M. Timoshechkin, “Stimulated emission from Er3+ ions in yttrium aluminum garnet crystals at 2.94 μm,” Sov. J, Quantun Electron, Vol. 4, pp. 1039-1040, 1975. 【2】A. Charlton, M. R. Dickinson and T. A. King, “High repetition rate, high average power Er:YAG laser at 2.94μm,” Opt.lett., 10, pp. 1393-1400, 1989. 【3】W. Q. Shi, M. Bass and M. Birnbaum, “Effects of energy transfer among Er3+ ions on the fluorescence decay and lasing properties of heavily doped Er: Y3AI5O12,” J. Opt. Soc. Am. B,Vol. 7, No. 8, pp. 1456-1462, 1990. 【4】D.-W. Chen, C. L. Fincher, T. S. Rose, F. L. Vernon, and R. A. Fields, “Diode-pumped 1-W continuous-wave Er:YAG 3-μm laser,” Opt.lett., 24, pp. 385-387, 1999. 【5】S. Georgescu, O. Toma, and H. Totia, “Intrinsic limits of the efficiency of 3-pam Er:YAG laser,” ROMOPTO 2003: Seventh Conference on Optics, Valentin I. Vlad Editor, Proceedings of SPIE Vol. 5581, pp. 98-113, 2004. 【6】V. Lupei, S. Georgescu and V. Florea, “On the dynamics of population inversion for 3-μm Er3+ lasers,” IEEE J. Quantum Electron., 29, pp. 426-434, 1993. 【7】R. Hibst and U. Keller, "Experimental studies of the application of the Er:YAG laser on dental hard substances: I. Measurement of the ablation rate," Lasers Surg. Med., vol. 9, pp. 338-344, 1989. 【8】U. Keller and R. Hibst, “Experimental studies of the application of the Er:YAG laser on dental hard substances: II. Light microscopic and SEM investigations,” Lasers Surg. Med., vol. 9, pp. 345-351, 1989. 【9】E. J. Burkes Jr, J. Hoke, E. Gomes and M. Wolbarsht, "Wet versus dry enamel ablation by Er:YAG laser, "J. Prosthet. Dent., vol. 67, pp. 847-851, Jun. 1992. 【10】B. Dmovsek-Olup and B. Vedlin, "Use of Er:YAG laser for benign skin disorders," Lasers Surg. Med., Vol. 21, pp. 13-19, 1997. 【11】S. Georgescu and O. Toma, “Er:YAG Three-Micron Laser: Performan- ces and Limits,” IEEE J. Quantum Electron, Vol. 11, pp. 3, 2005. 【12】W. Koechner, “ichael Bass, Solid-State Lasers,” Springer-verlag New York, 2003. 【13】M. Tikerpae, S. D. Jackson and T. A. King, “Theoretical comparison of Er3+-doped crystal lasers,” J. mod. Optics, Vol.37,No. 6, pp. 1269-1284, 1998. 【14】S. Georgescu, O. Tomaa and I. Ivanov, “Upconversion from the 4I13/2 and 4I11/2 levels in Er:YAG,” Journal of Luminescence, 114, pp. 43–52, 2004. 【15】PerkinElmer 公司, http://www.perkinelmer.com/default.htm. 【16】Heraeus Noblelight Limited 公司, http://www.heraeus-noblelight.com.
指導教授	游漢輝、董玉平 (Hon-Fai Yau、Yuh-Ping Tong)	審核日期	2007-7-20
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