LD泵浦新型掺镱全固态超快激光器
发布时间：2020-08-09 12:29
【摘要】：超快激光一般是指脉宽在皮秒、飞秒到阿秒的脉冲激光。超快激光由于本身具备持续时间短、峰值功率高、光谱宽等优异特性，在工业加工、光存储、生物医疗和信息通讯等众多领域有广泛的应用。随着激光二极管(Laser Diode，简写LD)制造工艺的日渐成熟，LD泵浦的全固态被动锁模激光器已成为获得超快激光较为理想的方式。增益介质作为激光产生装置中不可或缺的组成部分，它的探索与创新也会为固态锁模激光器的发展带来新的机遇。其中适合于LD泵浦的掺Yb3+激光晶体已成为目前获得超短脉冲的主要介质之一。掺Yb3+激光晶体的基质主要有硼酸盐、硅酸盐、石榴石型晶体以及氟化物等。本文结合现有的实验条件及晶体的研究价值，采用LD端面泵浦，对有代表性且性能优良的Yb:Y2SiO5、Yb:CaF2 SrF2和Yb,Y:CaF2晶体进行超快锁模激光特性的研究。以下是本文的主要内容： 1.回顾了全固态激光器、超快激光器及掺镱激光器的发展历程，并对它们的特点进行了总结；对锁模基本原理及基于可饱和吸收体的被动锁模技术进行了理论分析，并介绍了几种本文实验中所用的可饱和吸收体。 2.对LD泵浦氧化石墨烯锁模Yb:Y2SiO5晶体的飞秒激光器进行了研究。简要介绍了氧化石墨烯可饱和吸收体的特点及制备过程，并以此为锁模元件，首次实现了Yb:Y2SiO5晶体的飞秒激光输出。在腔内插入SF10棱镜对，获得了脉宽为763fs的锁模脉冲，最大平均输出功率为700mW，锁模激光中心波长为1059nm。 3.对LD泵浦石墨烯锁模Yb:Y2SiO5晶体的超快激光器进行了研究。对所用透射式三明治结构的石墨烯可饱和吸收体的制备方法进行了介绍；在对其表征的基础上，首次以高质量的石墨烯为可饱和吸收体，获得了Yb:Y2SiO5晶体的锁模激光输出。在未加色散元件的情况下，得到了1.013W的最短脉宽为883fs的脉冲序列，锁模激光中心波长为1042.6nm。 4.实现了LD泵浦的基于Yb:CaF2 SrF2混晶的飞秒激光运转。在腔内添加消色散装置，以SESAM作为可饱和吸收体，对Yb:CaF2 SrF2混晶的锁模激光特性进行了研究。锁模脉宽为~634fs，这是到目前为止，基于Yb:CaF2 SrF2混晶的最短脉冲激光输出。 5.对LD泵浦的新型Yb,Y:CaF2晶体的连续激光和锁模激光特性进行了研究。基于不同比例组分Yb,Y:CaF2晶体的光谱特性分析，首次对Yb,Y:CaF2晶体的连续激光特性进行了研究，获得的最大输出功率为1.48W，斜效率为31.3%。并以SESAM为吸收体，实现了基于5%Yb,5%Y:CaF2晶体1051nm的锁模激光输出，脉冲宽度为1.3ps；在吸收泵浦功率为6.43W时，最大的输出功率为514mW，锁模的重复频率为60MHz。 6.首次以石墨烯为可饱和吸收体，实现了Yb,Y:CaF2晶体的锁模激光输出。锁模脉宽为4.8ps，锁模激光中心波长为1051nm，最大的连续锁模激光输出功率为370mW。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248
【图文】：
Yb如下特性[25-31]：（1）能级结构简单。如图 1.1 所示，仅有两个电子能级结构，原则上不存在上转换效应、激发态吸收和浓度淬灭等现象，可得到高的光转换效率。（2）荧光寿命长。可有效储存能量，有利于超短脉宽激光的产生。（3）吸收谱和发射谱宽。更利于产生超快激光和可调谐激光。（4）量子缺陷较低。低的量子缺陷可产生更大的激光斜率效率。（5）离子的半径比较小，掺杂浓度高。提高单位长度的激光效率。掺 Yb3+激光晶体能快速应用发展的一个重要原因是 Yb3+离子的吸收带在 900 nm 到1000 nm 之间，能与 InGaAs 半导体泵浦激光(870-1100 nm)有效地耦合。并且它的吸收带较宽，对半导体器件温度控制的要求较低。Yb3+离子已被人们掺在几十种晶体基质中来产生稳定的超快激光。今后，基于 Yb3+离子所具备的众多优点，人们会把它掺杂在越来越多的激光晶体基质中，以期望得到高质量的超快激光输出。
图 1.2 激光器自由运转与锁模状态时相位和强度的比较脉冲的宽度为 1 2 1 1 12 1 2 1 Δ Δq oscLN c N ν ν （oscν 为器件的振荡线宽。（1-11）知，锁模的脉宽近似等于器件振荡线宽的倒数。在极限的情况下最小脉宽为1/Δg ν（析可知：谐振腔腔长越长，工作物质增益线宽Δgν 越宽，腔内振荡的纵模数目越多，脉冲的可能性就越大。振幅波出现极值的周期为 T 2 L /c，调幅波出现极值的频率 f c / 2L，谐
介质自身的克尔效应引起的锁模运转。主动锁器来获得锁模激光输出。被动锁模一般是利用料来实现锁模。腔的设计要求非常严格，精确度非常高甚至到动锁模中调制器的响应时间比较长，产生的损。因此，被动锁模是目前获得超短脉冲输出的振腔内插入可饱和吸收体的方法实现固体激 年代，人们就已获得基于可饱和吸收效应的被使用可饱和吸收体是被动锁模的唯一方法。种非线性介质，具有独特的性质，其具体表现有关，其吸收（反射）系数随光强的增加而减率 T t 随激光强度I 的变化关系[39]。
本文编号：2787119
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248
【图文】：
Yb如下特性[25-31]：（1）能级结构简单。如图 1.1 所示，仅有两个电子能级结构，原则上不存在上转换效应、激发态吸收和浓度淬灭等现象，可得到高的光转换效率。（2）荧光寿命长。可有效储存能量，有利于超短脉宽激光的产生。（3）吸收谱和发射谱宽。更利于产生超快激光和可调谐激光。（4）量子缺陷较低。低的量子缺陷可产生更大的激光斜率效率。（5）离子的半径比较小，掺杂浓度高。提高单位长度的激光效率。掺 Yb3+激光晶体能快速应用发展的一个重要原因是 Yb3+离子的吸收带在 900 nm 到1000 nm 之间，能与 InGaAs 半导体泵浦激光(870-1100 nm)有效地耦合。并且它的吸收带较宽，对半导体器件温度控制的要求较低。Yb3+离子已被人们掺在几十种晶体基质中来产生稳定的超快激光。今后，基于 Yb3+离子所具备的众多优点，人们会把它掺杂在越来越多的激光晶体基质中，以期望得到高质量的超快激光输出。
图 1.2 激光器自由运转与锁模状态时相位和强度的比较脉冲的宽度为 1 2 1 1 12 1 2 1 Δ Δq oscLN c N ν ν （oscν 为器件的振荡线宽。（1-11）知，锁模的脉宽近似等于器件振荡线宽的倒数。在极限的情况下最小脉宽为1/Δg ν（析可知：谐振腔腔长越长，工作物质增益线宽Δgν 越宽，腔内振荡的纵模数目越多，脉冲的可能性就越大。振幅波出现极值的周期为 T 2 L /c，调幅波出现极值的频率 f c / 2L，谐
介质自身的克尔效应引起的锁模运转。主动锁器来获得锁模激光输出。被动锁模一般是利用料来实现锁模。腔的设计要求非常严格，精确度非常高甚至到动锁模中调制器的响应时间比较长，产生的损。因此，被动锁模是目前获得超短脉冲输出的振腔内插入可饱和吸收体的方法实现固体激 年代，人们就已获得基于可饱和吸收效应的被使用可饱和吸收体是被动锁模的唯一方法。种非线性介质，具有独特的性质，其具体表现有关，其吸收（反射）系数随光强的增加而减率 T t 随激光强度I 的变化关系[39]。
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 徐金龙;基于石墨烯锁模全固态超快激光器件研究[D];山东大学;2012年
本文编号：2787119
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2787119.html
