主动锁模Tm:LuAG激光器的研究

发布时间：2020-06-12 00:47

【摘要】：2μm波长激光器由于其波长特点,处于人眼安全与大气窗口的波段,同时,水在2μm附近有较强的吸收峰,因此,近年来,在医疗,通信,环境监测等方面,2μm激光器越来越得到各界的重视与应用。与此同时,超短脉冲激光由于其窄脉宽,高峰值功率等特点,在生物切割及光电子器件加工等领域都有重要的应用。因此,本文将两者结合在一起进行研究,主要研究的是利用主动锁模技术,获得Tm:LuAG晶体的主动锁模脉冲激光。本文首先分析了锁模激光器以及Tm:LuAG晶体激光器的发展情况以及Tm:LuAG晶体的各种理化与光学特性。根据其光谱性质,选择了788nm输出的泵浦源作为实验泵浦。根据Tm3+离子的能级结构,建立了Tm:LuAG激光器速率方程,进而讨论分析了Tm3+离子浓度对驰豫振荡与上变频效应的影响,对Tm:LuAG晶体激光器激光器阈值进行了分析。另外,对Tm:LuAG晶体的热效应进行了分析,对晶体的热焦距进行了计算测量,说明由于晶体具有较强的热效应,会对激光器出光情况产生影响,需要通过选择合理谐振腔参数来抑制热效应。其次,分析了锁模的基本原理,并对主动锁模原理进行了着重分析,包括对锁模过程的时域和频域的分析,相位调制原理和振幅调制原理的分析,以及主动锁模激光器的脉宽分析。并分析了锁模谐振腔的设计原理,通过对谐振腔参数的分析,得出各个参数的理论数值。从而确定实验所需的谐振腔的具体结构。最后,搭建实验谐振腔装置,通过调节得到连续运转状态下的激光输出,通过对声光锁模调制器的研究与调试,使实验腔长与晶体及锁模调制器各参数相匹配,获得锁模脉冲激光。在谐振腔内加入F-P标准具选择波长,以得到更优化的锁模脉冲激光输出。最终对输出脉冲激光进行出光特性,波长脉宽测量,频谱分析等测试,得到中心波长为2023.75nm,最大输出功率0.248m W,脉宽为706ps,重频为81.996MHz的锁模脉冲激光输出,光束质量为M2=1.035。
【图文】：

装置图,主动锁模,谐振腔,Z型

图 1-1 YSGG:GSAG 主动锁模 X 型谐振腔[35]半导体激光器作为泵浦源此后逐渐开始流行。2003 年，米兰理工alzerano 与 Marano 等人首次报道了对于 Tm-Ho 共掺晶体的主动锁模益介质为 Tm,Ho:BaYF 晶体，通过在谐振腔内插入声光锁模振幅调得到脉冲输出得到了的脉冲光输出，脉宽为 96.6ps，重复频率为 1心波长为 2060nm 的超短脉冲输出，其平均输出功率为 20mW。G Marano 等人实验的装置图如图 1-2 所示，这也是首次使用了 Z 型也是一种应用广泛的主动以及被动锁模谐振腔的腔型[36]。

结构图,主动锁模,谐振腔,腔型

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文率更高，这也为未来的研究提供了一种运用半导体泵浦源的思路。同时，Sorokin 等人首次采用了 4 镜 X 型腔型搭建激光谐振腔，图 1-1 是他们的结构图，这种腔型由于不但可以保证振荡光斑半径较小，同时可以尽量拉长，便于得到更稳定的振荡光输出。所以在接下来的研究中，许多谐振腔用 X 型腔型作为设计基准，，时至今日，无论主动锁模还是被动锁模技术对型腔型都有着广泛的应用需求。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】