超快激光一直是激光領(lǐng)域的研究熱點,隨著超快激光器越來越多地應用于軍事、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域,對超快激光器的追求從短脈沖到高功率等各項新的指標邁進。其中高亮度激光二極管(Laser Diode,LD)泵浦的全固態(tài)激光器因其結(jié)構(gòu)緊湊、價格低、效率高等優(yōu)點而廣受歡迎。本文主要開展了近紅外波長范圍的LD泵浦的全固態(tài)超快激光器研究。碩士期間工作的主要內(nèi)容如下:1.實驗研究了Yb:GYSO晶體的連續(xù)光和半導體可飽和吸收鏡(SEmiconductor Saturable Absorber Mirrors,SESAMs)被動鎖模性質(zhì)。使用五鏡折疊腔,得到了最大輸出功率為334 mW的1052 nm連續(xù)光輸出。通過SESAM被動鎖模得到了中心波長位于1050 nm的鎖模激光,鎖模激光光譜寬度為1.8 nm,最短激光脈沖寬度為787fs,重復頻率為78 MHz。2.使用15 at.%摻雜的Yb:LuAG激光透明陶瓷作為增益介質(zhì),得到了LD泵浦的克爾透鏡鎖模運轉(zhuǎn)。中心波長位于1046 nm,光譜半高全寬為16.2 nm,激光脈沖寬度為159 fs,重復頻率為121 MHz,最大輸出功率為121 mW。16.2 nm的鎖模光譜帶寬理論上支持變換極限為80 fs的超短脈沖,表明Yb:LuAG激光透明陶瓷具有輸出亞百飛秒超短激光脈沖的潛力。3.開展了高重復頻率全固態(tài)飛秒激光器的研究。使用單模LD作為泵浦源。通過克爾透鏡鎖模技術(shù)實現(xiàn)了Yb:LYSO激光器鎖模運轉(zhuǎn),獲得了58 fs的鎖模脈沖輸出,這是目前基于此晶體直接產(chǎn)生的最短脈沖寬度。鎖模激光光譜帶寬為21.3 nm,中心波長為1063 nm,重復頻率為207 MHz。當泵浦功率為900 mW時,最大鎖模輸出功率為56 mW,相應的光-光轉(zhuǎn)換效率為6.2%。與之前的工作相比~([1]),本實驗不僅提高了脈沖重復頻率,還縮短了激光脈沖寬度。4.開展了復合結(jié)構(gòu)YAG/Nd:LuAG/YAG激光陶瓷的性能研究。實驗研究了不同摻雜濃度和不同Nd:LuAG厚度的連續(xù)激光輸出特性。當泵浦光垂直通過三明治復合結(jié)構(gòu)進行泵浦時,連續(xù)光斜效率為9.1%,最大輸出功率為1.1 W;泵浦光沿三明治中間層泵浦時,連續(xù)光斜效率為0.4%,最大輸出功率為0.1 W。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

圖 1.1 Yb3+能級結(jié)構(gòu)圖代，InGaAs LD 技術(shù)成熟后，國內(nèi)外多個研究超快激光器的研究，例如美國林肯實驗室、瑞日本東京大學、國內(nèi)中科院上海硅酸鹽研究所樣的摻鐿激光介質(zhì)被用于全固態(tài)超快激光器的研氧化正硅酸鹽[28],[29]、釩酸鹽[30],[31]、鎢酸鹽[32],介質(zhì)為例，1991 年，美國林肯實驗室報導了 In從 Yb:YAG 晶體中獲得了連續(xù)光輸出，在吸收的 的最高輸出功率[36]。1993 年，T. Y. FAN 等人使光器的首次調(diào) Q 輸出，脈寬為 11 ns[37]。隨后光及鎖模激光的性能展開了大量研究。通過 SE030 nm，脈沖寬度 540 fs[38]、340 fs[39]的鎖模激寬度 136 fs[40]、170 fs[41]的鎖模激光；通過克爾脈沖輸出[42]。本課題組使用 LD 泵浦 Yb:YAG 陶

要求外部驅(qū)動調(diào)制腔內(nèi)損耗，并且損耗調(diào)制器頻率必須和腔內(nèi)的模致。同時，由于調(diào)制器對非常短的脈沖無法有效地進行脈沖壓縮，度的實現(xiàn)。鎖模技術(shù)可以克服上述缺點。被動鎖模是在激光器諧振腔內(nèi)使用一來代替主動鎖模中所使用的電光或聲光損耗調(diào)制器，圖 2.2 為被動理圖。非線性光學元件引入的吸收損耗與激光強度相關(guān)，強度越弱反之亦然。連續(xù)激光器內(nèi)由噪聲起伏產(chǎn)生的噪聲脈沖在腔內(nèi)來回振通過可飽和吸收體，脈沖中間強度大故吸收損耗小所以越來越強（），而噪聲脈沖的邊緣強度小故吸收損耗大從而越來越弱乃至消失耗）。這樣脈沖的寬度越來越短，諧振腔內(nèi)的增益與損耗到達一個會產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖模脈沖輸出。鎖模運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，激光越強吸收損的超短脈沖和吸收損耗會互相調(diào)制，如果非線性的響應時間足夠快數(shù)就能隨激光脈沖寬度的縮小而變得更快，所以這種鎖模機制對脈在脈沖寬度非常短時也是行之有效的。

a）慢飽和吸收鎖模，（b）快飽和吸收鎖模以及（c）孤子鎖圖 2.3 三種脈沖形成機制模和快飽和吸收鎖模中，飽和增益和損耗調(diào)制動態(tài)平與凈增益窗口寬度相同。對于慢飽和吸收鎖模中的可脈沖到達可飽和吸收體時使得可飽和吸收體達到飽和進行凈放大，但慢飽和吸收的恢復時間長，在其“吸物質(zhì)的飽和增益隨脈沖能量增大而迅速減小，飽和增閉合，可飽和吸收體的吸收損耗還未完全恢復，那么和吸收體的恢復時間。相對脈沖寬度來說這一恢復時之為慢飽和吸收鎖模，染料激光器的鎖模就屬于這種級的上能級壽命，且增益截面相對較大[65]。但固體材 ms 量級，脈沖產(chǎn)生過程中增益為一固定值不足以輸出模要求。鎖模過程中脈沖寬度由可飽和吸收體的恢復的恢復時間短至可與期望的脈沖寬度相比擬，這樣的
【參考文獻】

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1 王胭脂;邵建達;晉云霞;黃建兵;張偉麗;董洪成;賀洪波;范正修;;Gires-Tournois負色散鏡誤差分析[J];中國激光;2009年06期

本文編號：2887812