【摘要】：自1996年勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)首次報(bào)道以來,過渡金屬離子摻雜的II-VI族主體材料展現(xiàn)出了較好的中紅外激光特性。特別是Cr~(2+)摻雜的II-VI族半導(dǎo)體材料,以Cr:ZnSe/S為典型代表;它具有四能級(jí)結(jié)構(gòu)、無激發(fā)態(tài)吸收、近100%的室溫?zé)晒饬孔有实忍匦�。且其寬帶吸收譜覆蓋多種光纖激光源,超寬帶發(fā)射譜可支持中紅外周期量級(jí)超短脈沖及大范圍可調(diào)諧激光的產(chǎn)生。中紅外Cr:ZnSe/S激光器以其優(yōu)良的室溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能、高的電光轉(zhuǎn)換效率、大的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍以及低廉的成本等很好地滿足了新興材料加工、醫(yī)療、科研以及環(huán)境探測(cè)等領(lǐng)域的需求。特別是超短脈沖Cr:ZnSe/S激光器還可應(yīng)用于中紅外光學(xué)頻率梳的產(chǎn)生、同步泵浦OPO以及同步泵浦Fe:ZnSe/S激光器等。受限于高效的泵浦源、高質(zhì)量的晶體以及中紅外鍍膜等,國(guó)內(nèi)研究相比國(guó)際領(lǐng)先水平有較大差距。鑒于此,本課題研究致力于探索Cr:ZnSe激光器中超短脈沖的產(chǎn)生途徑;從泵浦源做起,搭建了1908 nm摻銩光纖振蕩器。接著采用衍射光柵研究了該晶體的波長(zhǎng)調(diào)諧性能。隨后采用SESAM進(jìn)行鎖模,研究了該晶體在超短脈沖產(chǎn)生方面的性能;并搭建了雙光子自相關(guān)儀對(duì)脈沖寬度進(jìn)行了測(cè)量。最后,采用短波長(zhǎng)1935nm皮秒摻銩光纖激光器同步泵浦Cr:ZnSe激光器,獲得了同步鎖模輸出。本論文的研究?jī)?nèi)容具體包括:1.1908 nm摻銩光纖激光器泵浦的可調(diào)諧及自調(diào)Q Cr:ZnSe激光器首先搭建了1908 nm短波長(zhǎng)摻銩光纖激光器,此1908 nm摻銩光纖激光器為Cr:ZnSe激光器的泵浦源。采用衍射光柵研究了單晶Cr:ZnSe激光器的光譜調(diào)諧性能;同時(shí),在Cr:ZnSe激光器中觀察到了自調(diào)Q現(xiàn)象。具體包括:1)采用兩個(gè)FBG中間熔接一段摻銩增益光纖搭建了1908 nm高功率摻銩光纖振蕩器,得到了最高功率30 W的輸出。為利于泵浦Cr:ZnSe激光器,1908 nm摻銩光纖激光器采用帶尾纖的準(zhǔn)直隔離器輸出。2)采用中紅外衍射光柵搭建了Littrow結(jié)構(gòu)Cr:ZnSe激光器,實(shí)現(xiàn)了2284-2716 nm之間432 nm的連續(xù)可調(diào)諧;采用22%的OC,抽運(yùn)功率5W時(shí)可在2350-2510 nm范圍內(nèi)獲得大于500 mW的激光輸出。采用Littman結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了線寬小于0.05 nm的輸出。3)采用X型四鏡腔結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了自調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)。在4.91 W泵浦功率下,實(shí)現(xiàn)了最大輸出功率273 mW,對(duì)應(yīng)斜效率4.9%。最高重復(fù)頻率1.28 MHz,對(duì)應(yīng)脈寬160 ns。2.1908 nm摻銩光纖激光器泵浦的SESAM鎖模Cr:ZnSe激光器1)為對(duì)中心波長(zhǎng)2.4μm的中紅外超短脈沖進(jìn)行測(cè)量,實(shí)驗(yàn)中自建了基于雙光子吸收的共線干涉自相關(guān)儀。2)實(shí)驗(yàn)采用調(diào)制深度0.6%的SESAM進(jìn)行鎖模,實(shí)現(xiàn)了束縛態(tài)鎖模輸出,實(shí)驗(yàn)中分別采用兩種不同厚度3 mm與5 mm的寶石片進(jìn)行色散補(bǔ)償,分別在不同的色散區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了束縛態(tài)鎖模輸出。采用4.5%的OC,實(shí)現(xiàn)了最高功率403 mW的束縛態(tài)鎖模輸出。3.1935 nm皮秒摻銩光纖激光器泵浦的同步鎖模Cr:ZnSe激光器采用平均功率4.5 W,中心波長(zhǎng)1935 nm,重頻104.5 MHz,脈寬112 ps的摻銩光纖激光器同步泵浦Cr:ZnSe激光器。摻銩光纖激光器為MOPA結(jié)構(gòu),主放大級(jí)采用10/130單模雙包層保偏摻銩光纖,14 W泵浦功率下可獲得4.5 W線偏振輸出。將Cr:ZnSe激光器腔長(zhǎng)與泵浦激光重頻相匹配可獲得104.5 MHz的同步鎖模輸出。微調(diào)Cr:ZnSe激光器可獲得209 MHz的諧波鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。4.5 W泵浦功率下采用輸出比4.5%的OC可獲得輸出功率243 mW,對(duì)應(yīng)斜效率6.8%。將斬波輪插入Cr:ZnSe激光器腔內(nèi),研究了其自啟動(dòng)性能。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

第 1 章 緒論比亞大學(xué)的博士生 Gordon Gould 在自的思路，并提出了 LASER 的概念。1nes 和 Arthur Schawlow 在物理評(píng)論上[1]。此文一經(jīng)問世，搭建第一臺(tái)激光器梅曼摒棄了該文章中建議的氣體增益介并于 1960 年 5 月 16 日獲得了第一束時(shí)代。時(shí)至今日，無論是實(shí)現(xiàn)了千公里因斯坦預(yù)言的引力波的 LIGO 裝置，都，智能手機(jī)在帶給我們每個(gè)人巨大便不僅永久防偽，還可讓智能手機(jī)更上檔板的切割等，也離不開激光。激光，在斷前進(jìn)并走向輝煌。

器的發(fā)射譜區(qū)，其超寬的發(fā)射譜可支持周期量級(jí)超短脈沖及大范圍可調(diào)諧中激光的產(chǎn)生。Cr:ZnSe 相比 Cr:ZnS 有著稍高的熱膨脹系數(shù)，但其熒光淬滅溫更高，且 Cr:ZnSe 有著固體增益介質(zhì)最高的增益帶寬與中心波長(zhǎng)之比 0.43，適合大范圍可調(diào)諧及周期量級(jí)超短脈沖中紅外激光的產(chǎn)生[6]。目前，中紅外脈沖激光(2-25 μm)主要應(yīng)用于高靈敏度氣體探測(cè)：比如用于遠(yuǎn)距離檢測(cè)爆炸及分析病人口氣進(jìn)行疾病診斷等。受中紅外增益介質(zhì)的限制，直接產(chǎn)生 5 上的激光輸出比較困難；目前為止直接鎖模產(chǎn)生飛秒脈沖的固體及光纖激光部工作在 3 μm 以下�？v然如此，中紅外 TM:II-VI 激光器仍然以其優(yōu)異的性受青睞；相信不久的將來，4-5 μm波段的鎖模Fe:ZnSe/S飛秒激光器便可問世本章著重介紹了 2-3 μm 波段中紅外 TM:II-VI 激光器的研究意義及發(fā)展現(xiàn)括了該類晶體材料的研究進(jìn)展；最后是本論文的主要研究?jī)?nèi)容。.1 中紅外 TM:II-VI 激光器發(fā)展概述

圖 1-3 Cr:ZnSe/S 及 Fe:ZnSe/S 激光器覆蓋波段Fig. 1-3 Emission bandwidth of the Cr:ZnSe/S and Fe:ZnSe/S laser渡金屬元素是指位于元素周期表中 d 區(qū)的一系列元素(TM2+:Co、Cr、包含位于 f 區(qū)的元素。Ⅱ-Ⅵ族化合物是由元素周期表中第 VI 主族(包括)和第 II 副族(包括:Zn、Cd、Hg) 元素所組成的化合物(如 ZnSe、ZnS、C:II-VI 族材料的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代。然而在早期的研究中，TM:I的研究主要集中于不同摻雜離子產(chǎn)生的高效發(fā)光以及其對(duì)主體材料電影響等方面。II-VI 族材料一般為四配位的閃鋅礦或纖鋅礦結(jié)構(gòu)。TM取代 II-VI 族材料中的陽(yáng)離子，無需電荷補(bǔ)償，摻雜后位于四配位中心度較低)，且摻雜離子與基質(zhì)離子半徑相差較小，摻雜后造成的晶格畸不會(huì)對(duì)材料光學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響[8]。直到 1996 年，美國(guó)勞倫斯-利弗實(shí)驗(yàn)室的DeLoach 等報(bào)道了TM:II-VI族化合物材料可用作激光增益介其可作為常溫中紅外激光器可調(diào)諧激光源的理想材料。自此，TM:I用于激光產(chǎn)生的研究拉開了帷幕。DeLoach 研究了摻雜 Cr、Co、N

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 陳媛芝;張樂;黃存新;章健;唐定遠(yuǎn);沈德元;;TM~(2+):Ⅱ-Ⅵ族中紅外激光材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2015年05期

2 劉長(zhǎng)友;介萬奇;張濱濱;g智

本文編號(hào)：2753033