基于掺杂镱离子激光晶体及陶瓷材料的超快激光特性研究

发布时间：2020-04-07 11:47

【摘要】：超快激光具有高重复频率、窄脉冲宽度、高峰值功率等特点,在精密加工、医疗、生物、物理、化学等领域具有广泛的应用。随着高功率半导体激光二极管(Laser Diode,LD)的快速发展,Yb3+离子掺杂的激光晶体与陶瓷在超快激光输出性能上的优势日益凸显。以LD作为泵浦源,利用Yb3+离子掺杂的不同晶体与陶瓷作为激光增益介质的超快激光方面研究已成为目前热点研究领域。激光锁模技术是目前获得超快激光的主要途径。其中,半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM)由于具有设计灵活、易自启动、系统稳定等诸多优点,使得SESAM已成为产生超快激光的常用锁模器件之一。本文主要采用SESAM作为锁模元件,分别对以稀土Yb3+离子作为掺杂的硅酸盐晶体Yb:GYSO、Yb:YSO,以及石榴石结构Yb:YAG陶瓷、Yb:CaGdA1O4晶体超快激光特性开展了系统研究,以期拓展产生近红外波段高性能固体超快激光的有效途径。主要研究内容如下:1.首先对固体超快激光的特点、应用领域及发展历程进行了综述归纳,详细地描述了常用主动和被动锁模技术的原理,特别是对SESAM锁模技术的锁模物理运行机制进行了系统介绍。其次,针对稳定锁模激光谐振腔结构进行了设计,并介绍了超快激光常用的色散补偿技术。最后,总结分析了掺杂Yb3+离子激光陶瓷与晶体的共同优点与其之间的差异。2..以SESAM作为锁模元件,分别对Yb3+离子掺杂硅酸盐激光晶体Yb:GYSO和Yb：YSO的飞秒超快激光特性进行了对比研究,分析了 Yb:GYSO、Yb:YSO晶体孤子锁模(Soliton Mode Locking,SML)运转下的非线性效应。3.以SESAM作为锁模元件,采用Yb3+离子掺杂石榴石结构Yb:YAG陶瓷和Yb:CaGdA104晶体分别实现了锁模激光运转,并分别研究分析了超快激光特性。
【图文】：

（２）无激发态吸收与能量上转换过程；逡逑（３）荧光寿命相对较长，可作为优良储能或激光放大材料；逡逑（４）晶体吸收带宽较宽，能与ＬＤ激光泵浦源进行有效匹配（８７０？１１００（５）激光与泵浦光波长相接近，即量子缺陷低。量子效率在理论上９０％；逡逑（６）多数较高Ｙｂ３＋离子浓度掺杂激光晶体无浓度淬灭现象发生，ｇ卩：浓度掺杂；逡逑（７）发射与吸收光谱之间Ｓｔｏｋｅｓ频移量较小，晶体热负荷小。逡逑Ｙｂ３＋离子掺杂激光陶瓷除了具有Ｙｂ３＋离子掺杂激光晶体所具备的以上而且具有以下几点优势［２６－２９］：逡逑（１）烧制温度相对较低，，制备周期较短；逡逑（２）生产成本较低，适用于规模化生产；逡逑（３）易大尺寸制备。逡逑

逦Ｔｉｍｅ－逦？？逡逑图２．１邋ＣＷ激光和ＣＷＭＬ激光振荡频率之间相位关系及输出形式［Ｉ］逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｐｈａｓｅ邋ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ａｎｄ邋ｏｕｔｐｕｔ邋ｆｏｒｍ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ＣＷ邋ｌａｓｅｒ邋ａｎｄ邋ＣＷＭＬ邋ｌａｓｅｒ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ逡逑ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ逡逑根据激光谐振腔的驻波条件，谐振腔内第ｑ个激光振荡纵模频率Ｘ）ｑ为：逡逑0士Ｌ逦（２．丨）逡逑Ｃ和Ｌ分别是真空条件下光速和谐振腔长，ｎ表示光路所处环境折射率值，ｑ为整逡逑数值，则相邻激光振荡纵模频率间隔为：逡逑ＡＵ丨逦＝逦（２．２）逡逑考虑到时间、空间项，第ｑ个纵模电场为：逡逑８逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN24

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本文编号：2617869