本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯全固態(tài)調(diào)Q與鎖模2μm激光器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人眼安全的2μn波段激光器因處于大氣窗口,對(duì)應(yīng)水的吸收峰,在相干探測(cè)、激光雷達(dá)、激光醫(yī)療、高分辨率分子光譜以及光電對(duì)抗等領(lǐng)域都有著極其重要的應(yīng)用價(jià)值。并且該波段激光還是光參量振蕩(OPO)產(chǎn)生中紅外3-5μn激光的重要光源。因此,2μm波段激光器吸引了越來越多的研究矚目。新型材料石墨烯因其特殊的狄拉克電子零帶隙結(jié)構(gòu),具有調(diào)制深度深,快載流子弛豫時(shí)間,低線性吸收損耗,工作范圍寬(可見光-太赫茲)等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為可代替?zhèn)鹘y(tǒng)可飽和吸收材料應(yīng)用于超短脈沖激光設(shè)備,尤其是2μm長(zhǎng)波波段激光中。本論文對(duì)于石墨烯在2μm波段多種結(jié)構(gòu)與不同泵浦方式的調(diào)Q與鎖模激光器的輸出特性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究。并基于石墨烯和體布拉格光柵(VBG)創(chuàng)新性地提出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的單頻調(diào)Q Tm：YAP激光器和波長(zhǎng)寬帶可調(diào)調(diào)QTm：YAP激光器設(shè)計(jì)方案。主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)石墨烯被動(dòng)調(diào)Q Cr:Tm:Ho:YAG激光器理論實(shí)驗(yàn)研究理論分析了燈泵Cr:Tm:Ho:YAG激光系統(tǒng)中的泵浦方式、聚光腔設(shè)計(jì)、諧振腔結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、工作物質(zhì)等方面對(duì)Cr:Tm:Ho:YAG激光系統(tǒng)的參數(shù)選擇影響,并實(shí)驗(yàn)對(duì)比了不同參數(shù)選擇對(duì)激光輸出特性的影響。實(shí)現(xiàn)了石墨烯被動(dòng)調(diào)Q的Cr:Tm:Ho:YAG激光器并研究了其輸出特性,獲得了超過5W調(diào)Q激光輸出。建立了石墨烯調(diào)Q Cr:Tm:Ho:YAG系統(tǒng)的速率方程,理論計(jì)算結(jié)合數(shù)值模擬解釋了實(shí)驗(yàn)中脈沖序列出現(xiàn)的脈沖分立,即子脈沖現(xiàn)象。(2)由Tm:YLF激光共振泵浦的石墨烯被動(dòng)調(diào)Q Ho:YAG激光器實(shí)驗(yàn)研究從晶體發(fā)光機(jī)理出發(fā),結(jié)合速率方程理論,研究了由Tm:YLF激光共振泵浦Ho:YAG激光器的輸出特性,并分析這種雙晶體激光器熱效應(yīng)對(duì)于輸出脈沖的影響。利用自制的易用、低損耗、高質(zhì)量和穩(wěn)定性的石墨烯可飽和吸收器件,實(shí)現(xiàn)了Ho:YAG激光調(diào)Q輸出。最高輸出功率為572m W,脈沖寬度632ns,單脈沖能量13.3μJ,脈沖重復(fù)頻率為43.2kHz,對(duì)應(yīng)的斜率效率為26.1%。(3)基于石墨烯的Tm：YLF鎖模激光器實(shí)驗(yàn)研究研究了石墨烯的調(diào)制深度、飽和通量和鎖模建立時(shí)間等重要參數(shù)并分析了其對(duì)于超快激光的影響。理論分析了鎖模激光器對(duì)激光啁啾進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)姆椒?并根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況設(shè)計(jì)激光諧振腔,利用CaF2棱鏡對(duì)對(duì)于激光啁啾進(jìn)行色散補(bǔ)償。實(shí)現(xiàn)了基于石墨烯Tm:YLF鎖模激光器,獲得了波長(zhǎng)為1.908μm,平均功率146.5mW,脈沖寬度473fs,重復(fù)率70.2MHz的連續(xù)鎖模脈沖激光輸出。(4)基于體布拉格光柵的波長(zhǎng)寬帶可調(diào)Tm：YAP單頻調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn)研究對(duì)基于Kogelnik耦合波理論對(duì)反射VBG的衍射模型進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,分析了耦合常數(shù)、相互作用距離、入射角度、波長(zhǎng)等因素對(duì)于VBG衍射效率的影響。基于理論研究基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了基于VBG的結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定V型腔Tm:YAP單頻調(diào)Q激光器,獲得了最高平均功率724mW,脈沖重復(fù)率96.2kHz,單脈沖能量7.5μJ,激光線寬4.2MHz,中心波長(zhǎng)1988.8nm的單頻調(diào)Q激光輸出。提出了的波長(zhǎng)可調(diào)Z型腔Tmm：YAP石墨烯調(diào)Q激光器設(shè)計(jì),獲得了穩(wěn)定波長(zhǎng)可調(diào)脈沖激光輸出,詳細(xì)地研究了石墨烯在波長(zhǎng)可調(diào)Tmm：YAP激光器中的調(diào)Q激光輸出特性。激光器波長(zhǎng)調(diào)諧范圍從1965.2nm到2000.7nm(范圍35.5nm),最高功率輸出為920mW,此時(shí)的激光波長(zhǎng)為1989.3nm,脈沖寬度為2.1μs,脈沖重復(fù)率為91.6kHz,單脈沖能量為10.1μJ。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯可飽和吸收體 調(diào)Q激光器 鎖模激光器 體布拉格光柵 單頻激光器
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-35
• 1.1 課題的背景及研究的目的和意義11-13
• 1.2 2μm波段激光器的發(fā)展?fàn)顩r13-22
• 1.2.1 摻Tm~(3+)固體/光纖激光器13-17
• 1.2.2 摻Ho~(3+)固體/光纖激光器17-20
• 1.2.3 Tm,Ho共摻固體/光纖激光器20-22
• 1.3 新型功能材料石墨烯22-31
• 1.3.1 石墨烯材料的性質(zhì)及制備方法24-29
• 1.3.2 石墨烯的可飽和吸收原理及其在激光器領(lǐng)域的應(yīng)用29-31
• 1.4 體布拉格光柵的發(fā)展及應(yīng)用31-33
• 1.5 本論文的主要研究?jī)?nèi)容33-35
• 第二章 激光縱模選擇,調(diào)Q和鎖模技術(shù)35-45
• 2.1 激光縱模35-38
• 2.2 被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)38-41
• 2.3 鎖模技術(shù)41-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 第三章 基于石墨烯的Cr,Tm,Ho：YAG被動(dòng)調(diào)Q激光器理論實(shí)驗(yàn)研究45-65
• 3.1 Cr,Tm,Ho：YAG激光器的工作特性分析45-47
• 3.1.1 晶體的光譜特性及能量轉(zhuǎn)移45-46
• 3.1.2 能量轉(zhuǎn)移的時(shí)間特性及受溫度的影響46-47
• 3.2 Cr：Tm：Ho：YAG激光器實(shí)驗(yàn)研究47-59
• 3.2.1 Cr：Tm：Ho：YAG激光器實(shí)驗(yàn)裝置47-52
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析52-59
• 3.3 基于石墨烯Cr：Tm：Ho：YAG被動(dòng)調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn)研究59-64
• 3.3.1 石墨烯被動(dòng)調(diào)Q Cr：Tm：Ho：YAG激光器實(shí)驗(yàn)裝置59-60
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-62
• 3.3.3 理論分析和數(shù)值模擬62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第四章 Tm：YLF激光共振泵浦的石墨烯被動(dòng)調(diào)Q Ho：YAG激光器實(shí)驗(yàn)研究65-81
• 4.1 Tm：YLF激光器實(shí)驗(yàn)研究65-72
• 4.1.1 Tm：YLF晶體特性及發(fā)光機(jī)制65-67
• 4.1.2 Tm：YLF激光器速率方程67-68
• 4.1.3 Tm：YLF激光器實(shí)驗(yàn)裝置68-71
• 4.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析71-72
• 4.2 基于石墨烯被動(dòng)調(diào)Q Ho：YAG激光器實(shí)驗(yàn)研究72-79
• 4.2.1 Ho：YAG晶體特性及發(fā)光機(jī)制73-76
• 4.2.2 石墨烯被動(dòng)調(diào)Q Ho：YAG激光器實(shí)驗(yàn)裝置76-79
• 4.3 本章小結(jié)79-81
• 第五章 基于石墨烯Tm：YLF鎖模激光器實(shí)驗(yàn)研究81-91
• 5.1 石墨烯可飽和吸收特性81-84
• 5.1.1 石墨烯調(diào)制深度81-82
• 5.1.2 石墨烯飽和通量82-83
• 5.1.3 石墨烯鎖模建立時(shí)間83-84
• 5.2 石墨烯鎖模Tm：YLF激光器實(shí)驗(yàn)研究84-90
• 5.2.1 色散補(bǔ)償84-86
• 5.2.2 石墨烯鎖模Tm：YLF激光器實(shí)驗(yàn)裝置86-87
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析87-90
• 5.3 本章小結(jié)90-91
• 第六章 基于體光柵的波長(zhǎng)寬帶可調(diào)Tm：YAP單頻調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn)研究91-110
• 6.1 體光柵衍射理論91-99
• 6.1.1 體光柵的特性91-93
• 6.1.2 Kogelnik耦合波理論93-96
• 6.1.3 透射體光柵衍射率96-97
• 6.1.4 反射體光柵衍射率97-98
• 6.1.5 反射體光柵衍射數(shù)值模擬98-99
• 6.2 單頻調(diào)Q Tm：YAP激光器實(shí)驗(yàn)研究99-104
• 6.2.1 單頻調(diào)Q Tm：YAP激光器實(shí)驗(yàn)裝置99-101
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析101-104
• 6.3 波長(zhǎng)可調(diào)Tm：YAP調(diào)Q激光器實(shí)驗(yàn)研究104-108
• 6.3.1 單頻調(diào)Q Tm：YAP激光器實(shí)驗(yàn)裝置104-106
• 6.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析106-108
• 6.4 本章小結(jié)108-110
• 第七章 工作總結(jié)與展望110-114
• 7.1 工作總結(jié)110-112
• 7.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)112-113
• 7.3 工作展望113-114
• 參考文獻(xiàn)114-127
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的科研成果127-129
• 致謝129-130

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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  本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯全固態(tài)調(diào)Q與鎖模2μm激光器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：259307