發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 19:00

　　 超快激光一直是激光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),隨著超快激光器越來(lái)越多地應(yīng)用于軍事、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域,對(duì)超快激光器的追求從短脈沖到高功率等各項(xiàng)新的指標(biāo)邁進(jìn)。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(jià)格低、效率高等優(yōu)點(diǎn)而廣受歡迎。本文主要開展了近紅外波長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)研究了Yb:GYSO晶體的連續(xù)光和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SEmiconductor Saturable Absorber Mirrors,SESAMs)被動(dòng)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(guò)SESAM被動(dòng)鎖模得到了中心波長(zhǎng)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(fù)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(yùn)轉(zhuǎn)。中心波長(zhǎng)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(fù)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(fù)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(guò)克爾透鏡鎖模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了Yb:LYSO激光器鎖模運(yùn)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(zhǎng)為1063 nm,重復(fù)頻率為207 MHz。當(dāng)泵浦功率為900 mW時(shí),最大鎖模輸出功率為56 mW,相應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率為6.2%。與之前的工作相比~([1]),本實(shí)驗(yàn)不僅提高了脈沖重復(fù)頻率,還縮短了激光脈沖寬度。4.開展了復(fù)合結(jié)構(gòu)YAG/Nd:LuAG/YAG激光陶瓷的性能研究。實(shí)驗(yàn)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(dāng)泵浦光垂直通過(guò)三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行泵浦時(shí),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(shí),連續(xù)光斜效率為0.4%,最大輸出功率為0.1 W。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

圖 1.1 Yb3+能級(jí)結(jié)構(gòu)圖代，InGaAs LD 技術(shù)成熟后，國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究超快激光器的研究，例如美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室、瑞日本東京大學(xué)、國(guó)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(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室報(bào)導(dǎo)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(guò) 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(guò)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(dòng)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(shí)，由于調(diào)制器對(duì)非常短的脈沖無(wú)法有效地進(jìn)行脈沖壓縮，度的實(shí)現(xiàn)。鎖模技術(shù)可以克服上述缺點(diǎn)。被動(dòng)鎖模是在激光器諧振腔內(nèi)使用一來(lái)代替主動(dòng)鎖模中所使用的電光或聲光損耗調(diào)制器，圖 2.2 為被動(dòng)理圖。非線性光學(xué)元件引入的吸收損耗與激光強(qiáng)度相關(guān)，強(qiáng)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(lái)回振通過(guò)可飽和吸收體，脈沖中間強(qiáng)度大故吸收損耗小所以越來(lái)越強(qiáng)（），而噪聲脈沖的邊緣強(qiáng)度小故吸收損耗大從而越來(lái)越弱乃至消失耗）。這樣脈沖的寬度越來(lái)越短，諧振腔內(nèi)的增益與損耗到達(dá)一個(gè)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的鎖模脈沖輸出。鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，激光越強(qiáng)吸收損的超短脈沖和吸收損耗會(huì)互相調(diào)制，如果非線性的響應(yīng)時(shí)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(jī)制對(duì)脈在脈沖寬度非常短時(shí)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(jī)制模和快飽和吸收鎖模中，飽和增益和損耗調(diào)制動(dòng)態(tài)平與凈增益窗口寬度相同。對(duì)于慢飽和吸收鎖模中的可脈沖到達(dá)可飽和吸收體時(shí)使得可飽和吸收體達(dá)到飽和進(jìn)行凈放大，但慢飽和吸收的恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，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(fù)，那么和吸收體的恢復(fù)時(shí)間。相對(duì)脈沖寬度來(lái)說(shuō)這一恢復(fù)時(shí)之為慢飽和吸收鎖模，染料激光器的鎖模就屬于這種級(jí)的上能級(jí)壽命，且增益截面相對(duì)較大[65]。但固體材 ms 量級(jí)，脈沖產(chǎn)生過(guò)程中增益為一固定值不足以輸出模要求。鎖模過(guò)程中脈沖寬度由可飽和吸收體的恢復(fù)的恢復(fù)時(shí)間短至可與期望的脈沖寬度相比擬，這樣的
【參考文獻(xiàn)】

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

本文編號(hào)：2887812