本文關鍵詞：摻釹釩酸鹽及石榴石晶體短脈沖激光特性研究

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【摘要】：全固態(tài)短脈沖激光器有重要的應用價值。選擇合適的增益介質和調制元件是實現(xiàn)短脈沖激光輸出的關鍵。摻釹釩酸鹽晶體和摻釹石榴石晶體是兩類重要的激光增益介質。摻釹釩酸鹽晶體具有大的吸收和發(fā)射截面,較短的上能級壽命,有利于實現(xiàn)高效率的連續(xù)波激光運轉。可以使用主動調Q實現(xiàn)短脈沖激光輸出。如使用被動調Q技術,也可以通過選擇摻釹釩酸鹽混晶或選擇合適組分切向摻釹釩酸鹽晶體構建微片激光器實現(xiàn)短脈沖激光輸出。摻釹激光晶體4F3/2→4I13/2,4F3/2→4I9/2能級躍遷對應的受激發(fā)射截面遠小于4F3/2→4I11/2能級躍遷的受激發(fā)射截面,是實現(xiàn)被動調Q短脈沖激光運轉的極佳備選波長。受限于傳統(tǒng)可飽和吸收體Cr4+:YAG, V3+:YAG的窄可飽和吸收帶,我們嘗試使用新型二維層狀寬帶可飽和吸收晶體(石墨烯,過渡金屬二硫化物)進行短脈沖激光實驗。主要內(nèi)容包括如下：使用Cr4+:YAG做被動調Q元件,輔以Nd:YVO4, Nd:GdVO4單晶和Nd:GdxY1-xVO4 (x=0,0.18,0.42,0.51,0.64, and 1.),Nd:Lu0.61Gd0.39VO4混晶做增益介質,分別實現(xiàn)了693 ps、420 ps、588 ps、646 ps的亞納秒激光輸出,分別對應峰值功率30 kW、28 kW、48 kW、13.5 kW。報道了Nd:LaxY1-xVO4 (x=0.11)和Nd:LaxLu1-xVO4 (x=0.05)晶體的4F3/2→4I13/2躍遷特性。借助聲光調Q技術分別實現(xiàn)了13ns、2.69 kW和35μJ, 44ns、273 W、12 pJ的主動調Q短脈沖激光輸出。使用c-切Nd:LaxLu1-xVO4 (x =0.05)晶體樣品實現(xiàn)了41ns、199 W、8.2μJ被動調Q激光輸出。報道了基于石墨烯被動調Q的摻釹晶體0.9 μm納秒激光產(chǎn)生。對于Nd:La0.11Y0.89VO4晶體,當吸收泵浦功率為7.62 W時,最大平均輸出功率,最高重復頻率,和最小脈沖寬度分別為0.62 W、240 kHz和84 ns。對于Nd:YAG晶體,當吸收泵浦功率增加到9.5 W,可獲得最高平均輸出功率0.9 W,對應光光轉換效率9.5%。脈沖重復頻率和脈沖寬度分別為225 kHz、62 ns。計算的脈沖能量和峰值功率分別為4μJ和24.7 W。提出“化學風化”方法用于從體塊材料上剝離原子層厚度的二維材料。我們的實驗結果表明借助化學風化剝離機制可以順利高效地剝離原子層厚度的MoS2和WS2。這些材料非常難以用其它常規(guī)方法制備。這些由于S空位導致的中間態(tài)的MoS2和WS2,在全固態(tài)激光器中顯示了非常優(yōu)異的可飽和吸收和鎖模特性。應用到全固態(tài)激光器中獲得了最窄60 ns的被動調Q脈沖,8.6 ps的鎖模激光脈沖。報道了LD泵浦人眼安全單,雙波長Nd:LuGdAG激光器。使用平凹諧振腔,在吸收泵浦功率8.52 W條件下可獲得最大單雙波長連續(xù)波(CW)輸出功率1.05W、1.00 W,分別對應光光轉換效率12.3%、11.7%,斜率效率14.5%、13.6%。使用石墨烯可飽和吸收體,首次獲得1444 nm被動調Q激光運轉。最大平均輸出功率,最短脈沖寬度,最高脈沖重復頻率分別為0.29 W、324 ns、64kHz。在被動調Q Nd:Lu0.14Gd0.86VO4微片激光器中實現(xiàn)了光學雙穩(wěn)態(tài)運轉。雙穩(wěn)區(qū)覆蓋5.9 W到7.3 W區(qū)間,在轉換點躍升的輸出功率為0.24W。通過含有可飽和吸收體的Fabry-Perot腔四能級激光模型,我們計算得到的結果與實驗數(shù)據(jù)吻合。報道了一種在亞納秒全固態(tài)微片激光器中產(chǎn)生Ince-Gaussian模式的方法。通過水平挪動圓形光闌,可以調整其在增益介質上的大小,并成功的獲得了不同的Ince-Gaussian激光模式。輸出激光具有穩(wěn)定的脈沖寬度500～600 ps,同時脈沖重復頻率在7到16kHz間改變。據(jù)我們所知這是首次在亞納秒激光領域獲得Ince-Gaussian模式,將來有望制成大能量高峰值功率器件。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

【參考文獻】

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1 史彭,李隆,甘安生,凌亞文,劉小芳,白晉濤;端面抽運矩形截面Nd∶GdVO_4晶體熱效應研究[J];中國激光;2005年07期

2 廖明墩;王正平;于浩海;張懷金;陳麗娟;莊士棟;郭磊;趙永光;王繼揚;許心光;;Nd:GdVO_4/Cr:YAG微片式脈沖激光器[J];中國激光;2010年12期

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本文編號：1193569