本文關(guān)鍵詞：自鎖模自受激拉曼激光器的研究

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【摘要】：隨著對(duì)全固態(tài)激光器的不斷深入研究,人們不僅注重研究時(shí)域上的超短脈沖,同時(shí)也在探索拓寬激光頻譜范圍的方法。自鎖模效應(yīng)與晶體本身的三階非線性效應(yīng)有關(guān),近十年來(lái)基于自鎖模效應(yīng)的皮秒激光被應(yīng)用于通信、醫(yī)療生物學(xué)、微納加工、非線性光學(xué)以及光學(xué)時(shí)鐘等領(lǐng)域。受激拉曼散射技術(shù)也與晶體本身的三階非線性效應(yīng)有關(guān),作為一種高效的光學(xué)頻率變換手段,有效地拓寬了激光頻譜范圍。進(jìn)入21世紀(jì)之后出現(xiàn)了自受激拉曼激光器,將激光晶體與拉曼晶體合二為--,使得激光器體積更小、運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定,已經(jīng)成為國(guó)際拉曼激光器的研究熱點(diǎn)之一。本論文根據(jù)全固態(tài)自鎖模激光器以及自受激拉曼激光器的發(fā)展方向和存在的難點(diǎn),利用Nd:YVO4和Nd:GdVO4晶體,率先在國(guó)內(nèi)展開(kāi)對(duì)皮秒自鎖模激光器的理論及實(shí)驗(yàn)方面的研究。不僅在一定程度上填補(bǔ)了皮秒自鎖模激光領(lǐng)域中存在的空白,還創(chuàng)造性地將自鎖模技術(shù)與自受激拉曼技術(shù)結(jié)合,研究實(shí)現(xiàn)了皮秒自鎖模自受激拉曼激光器,并此基礎(chǔ)上完成了腔外二次諧波黃光輸出。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:第一,研究了自鎖模激光器的關(guān)鍵理論和設(shè)計(jì)規(guī)律,數(shù)值模擬了相關(guān)熱效應(yīng)對(duì)激光器的影響、自鎖模激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)及自啟動(dòng)的條件等;研究了自鎖模激光器內(nèi)非線性鎖�，F(xiàn)象的產(chǎn)生原因;理論研究了單增益介質(zhì)的自鎖模自受激拉曼效應(yīng)激光動(dòng)力學(xué)過(guò)程,自行探究了這類激光器的設(shè)計(jì)理論和規(guī)律;研究了像散模式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)自鎖模渦旋激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)理論。第二,研究了新型的亞吉赫茲皮秒自鎖模激光器,并為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)積累了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。首先利用非對(duì)稱Z型腔實(shí)現(xiàn)了三次諧波自鎖模激光輸出,平均輸出功率為2W,光-光轉(zhuǎn)換效率為25%。接下來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)Z型對(duì)稱腔,成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的亞吉赫茲自鎖模激光輸出,鎖模激光平均輸出功率為1.65W,斜效率為23.8%,重復(fù)頻率為530MHz,脈寬為15.1ps。第三,自行研究了穩(wěn)定的皮秒自鎖模綠光激光器,首先探究了腔長(zhǎng)對(duì)自鎖模綠光穩(wěn)定性的影響,然后利用凹平腔實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的皮秒532nm激光輸出,并研究了在腔內(nèi)引入其它非線性效應(yīng)對(duì)自鎖模激光器穩(wěn)定性的影響,為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)。穩(wěn)定的連續(xù)鎖模綠光平均輸出功率為258mW,斜效率為4.5%,重復(fù)頻率為1.1GHz,平均振幅抖動(dòng)小于8%。第四,創(chuàng)新性地研究了高克爾靈敏度自鎖模自受激拉曼頻移激光器,即利用一塊激光晶體本身具有的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)增益介質(zhì)、拉曼晶體和鎖模元件三個(gè)作用。首先利用Nd:YVO4晶體實(shí)現(xiàn)了皮秒自拉曼1176nm的激光輸出,拉曼光平均輸出功率、重復(fù)頻率、基頻光脈寬和斜效率分別為643mW、1.53GHz、8.6ps和8.2%。此外,結(jié)合LiB3O5晶體腔外倍頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 6mW的黃光輸出。又利用Nd:GdVO4晶體實(shí)現(xiàn)了 1173nm皮秒自鎖模激光器運(yùn)轉(zhuǎn),鎖模平均輸出功率、重復(fù)頻率、斜效率、基頻光脈寬以及黃光功率分別是736mW、1.51GHz、8.3%、12.5ps以及7.65mW。第五,將皮秒自鎖模技術(shù)與腔外像散模式轉(zhuǎn)換器結(jié)合,成功實(shí)現(xiàn)了 1064nm的Nd:YVO4自鎖模渦旋光輸出。最終在實(shí)驗(yàn)中觀察到LG02模時(shí)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自鎖模脈沖激光,平均輸出功率、重復(fù)頻率和斜效率分別是1.27W、1.81GHz和24%。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN248

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1266334