【摘要】：超快激光一般是指脈寬在皮秒、飛秒到阿秒的脈沖激光。超快激光由于本身具備持續(xù)時(shí)間短、峰值功率高、光譜寬等優(yōu)異特性，在工業(yè)加工、光存儲(chǔ)、生物醫(yī)療和信息通訊等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著激光二極管(Laser Diode，簡(jiǎn)寫LD)制造工藝的日漸成熟，LD泵浦的全固態(tài)被動(dòng)鎖模激光器已成為獲得超快激光較為理想的方式。增益介質(zhì)作為激光產(chǎn)生裝置中不可或缺的組成部分，它的探索與創(chuàng)新也會(huì)為固態(tài)鎖模激光器的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇。其中適合于LD泵浦的摻Y(jié)b3+激光晶體已成為目前獲得超短脈沖的主要介質(zhì)之一。摻Y(jié)b3+激光晶體的基質(zhì)主要有硼酸鹽、硅酸鹽、石榴石型晶體以及氟化物等。本文結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件及晶體的研究?jī)r(jià)值，采用LD端面泵浦，對(duì)有代表性且性能優(yōu)良的Yb:Y2SiO5、Yb:CaF2 SrF2和Yb,Y:CaF2晶體進(jìn)行超快鎖模激光特性的研究。以下是本文的主要內(nèi)容： 1.回顧了全固態(tài)激光器、超快激光器及摻鐿激光器的發(fā)展歷程，并對(duì)它們的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)；對(duì)鎖�；驹砑盎诳娠柡臀阵w的被動(dòng)鎖模技術(shù)進(jìn)行了理論分析，并介紹了幾種本文實(shí)驗(yàn)中所用的可飽和吸收體。 2.對(duì)LD泵浦氧化石墨烯鎖模Yb:Y2SiO5晶體的飛秒激光器進(jìn)行了研究。簡(jiǎn)要介紹了氧化石墨烯可飽和吸收體的特點(diǎn)及制備過(guò)程，并以此為鎖模元件，首次實(shí)現(xiàn)了Yb:Y2SiO5晶體的飛秒激光輸出。在腔內(nèi)插入SF10棱鏡對(duì)，獲得了脈寬為763fs的鎖模脈沖，最大平均輸出功率為700mW，鎖模激光中心波長(zhǎng)為1059nm。 3.對(duì)LD泵浦石墨烯鎖模Yb:Y2SiO5晶體的超快激光器進(jìn)行了研究。對(duì)所用透射式三明治結(jié)構(gòu)的石墨烯可飽和吸收體的制備方法進(jìn)行了介紹；在對(duì)其表征的基礎(chǔ)上，首次以高質(zhì)量的石墨烯為可飽和吸收體，獲得了Yb:Y2SiO5晶體的鎖模激光輸出。在未加色散元件的情況下，得到了1.013W的最短脈寬為883fs的脈沖序列，鎖模激光中心波長(zhǎng)為1042.6nm。 4.實(shí)現(xiàn)了LD泵浦的基于Yb:CaF2 SrF2混晶的飛秒激光運(yùn)轉(zhuǎn)。在腔內(nèi)添加消色散裝置，以SESAM作為可飽和吸收體，對(duì)Yb:CaF2 SrF2混晶的鎖模激光特性進(jìn)行了研究。鎖模脈寬為~634fs，這是到目前為止，基于Yb:CaF2 SrF2混晶的最短脈沖激光輸出。 5.對(duì)LD泵浦的新型Yb,Y:CaF2晶體的連續(xù)激光和鎖模激光特性進(jìn)行了研究�；诓煌壤M分Yb,Y:CaF2晶體的光譜特性分析，首次對(duì)Yb,Y:CaF2晶體的連續(xù)激光特性進(jìn)行了研究，獲得的最大輸出功率為1.48W，斜效率為31.3%。并以SESAM為吸收體，實(shí)現(xiàn)了基于5%Yb,5%Y:CaF2晶體1051nm的鎖模激光輸出，脈沖寬度為1.3ps；在吸收泵浦功率為6.43W時(shí)，最大的輸出功率為514mW，鎖模的重復(fù)頻率為60MHz。 6.首次以石墨烯為可飽和吸收體，實(shí)現(xiàn)了Yb,Y:CaF2晶體的鎖模激光輸出。鎖模脈寬為4.8ps，鎖模激光中心波長(zhǎng)為1051nm，最大的連續(xù)鎖模激光輸出功率為370mW。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

Yb如下特性[25-31]：（1）能級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如圖 1.1 所示，僅有兩個(gè)電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，原則上不存在上轉(zhuǎn)換效應(yīng)、激發(fā)態(tài)吸收和濃度淬滅等現(xiàn)象，可得到高的光轉(zhuǎn)換效率。（2）熒光壽命長(zhǎng)�？捎行�(chǔ)存能量，有利于超短脈寬激光的產(chǎn)生。（3）吸收譜和發(fā)射譜寬。更利于產(chǎn)生超快激光和可調(diào)諧激光。（4）量子缺陷較低。低的量子缺陷可產(chǎn)生更大的激光斜率效率。（5）離子的半徑比較小，摻雜濃度高。提高單位長(zhǎng)度的激光效率。摻 Yb3+激光晶體能快速應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)重要原因是 Yb3+離子的吸收帶在 900 nm 到1000 nm 之間，能與 InGaAs 半導(dǎo)體泵浦激光(870-1100 nm)有效地耦合。并且它的吸收帶較寬，對(duì)半導(dǎo)體器件溫度控制的要求較低。Yb3+離子已被人們摻在幾十種晶體基質(zhì)中來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的超快激光。今后，基于 Yb3+離子所具備的眾多優(yōu)點(diǎn)，人們會(huì)把它摻雜在越來(lái)越多的激光晶體基質(zhì)中，以期望得到高質(zhì)量的超快激光輸出。

圖 1.2 激光器自由運(yùn)轉(zhuǎn)與鎖模狀態(tài)時(shí)相位和強(qiáng)度的比較脈沖的寬度為 1 2 1 1 12 1 2 1 Δ Δq oscLN c N ν ν （oscν 為器件的振蕩線寬。（1-11）知，鎖模的脈寬近似等于器件振蕩線寬的倒數(shù)。在極限的情況下最小脈寬為1/Δg ν（析可知：諧振腔腔長(zhǎng)越長(zhǎng)，工作物質(zhì)增益線寬Δgν 越寬，腔內(nèi)振蕩的縱模數(shù)目越多，脈沖的可能性就越大。振幅波出現(xiàn)極值的周期為 T 2 L /c，調(diào)幅波出現(xiàn)極值的頻率 f c / 2L，諧

介質(zhì)自身的克爾效應(yīng)引起的鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。主動(dòng)鎖器來(lái)獲得鎖模激光輸出。被動(dòng)鎖模一般是利用料來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模。腔的設(shè)計(jì)要求非常嚴(yán)格，精確度非常高甚至到動(dòng)鎖模中調(diào)制器的響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，產(chǎn)生的損。因此，被動(dòng)鎖模是目前獲得超短脈沖輸出的振腔內(nèi)插入可飽和吸收體的方法實(shí)現(xiàn)固體激 年代，人們就已獲得基于可飽和吸收效應(yīng)的被使用可飽和吸收體是被動(dòng)鎖模的唯一方法。種非線性介質(zhì)，具有獨(dú)特的性質(zhì)，其具體表現(xiàn)有關(guān)，其吸收（反射）系數(shù)隨光強(qiáng)的增加而減率 T t 隨激光強(qiáng)度I 的變化關(guān)系[39]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 徐金龍;基于石墨烯鎖模全固態(tài)超快激光器件研究[D];山東大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2787119