激光二极管泵浦近红外全固态超快激光器
发布时间：2020-11-17 19:00
超快激光一直是激光领域的研究热点,随着超快激光器越来越多地应用于军事、工业和医疗等领域,对超快激光器的追求从短脉冲到高功率等各项新的指标迈进。其中高亮度激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的全固态激光器因其结构紧凑、价格低、效率高等优点而广受欢迎。本文主要开展了近红外波长范围的LD泵浦的全固态超快激光器研究。硕士期间工作的主要内容如下:1.实验研究了Yb:GYSO晶体的连续光和半导体可饱和吸收镜(SEmiconductor Saturable Absorber Mirrors,SESAMs)被动锁模性质。使用五镜折叠腔,得到了最大输出功率为334 mW的1052 nm连续光输出。通过SESAM被动锁模得到了中心波长位于1050 nm的锁模激光,锁模激光光谱宽度为1.8 nm,最短激光脉冲宽度为787fs,重复频率为78 MHz。2.使用15 at.%掺杂的Yb:LuAG激光透明陶瓷作为增益介质,得到了LD泵浦的克尔透镜锁模运转。中心波长位于1046 nm,光谱半高全宽为16.2 nm,激光脉冲宽度为159 fs,重复频率为121 MHz,最大输出功率为121 mW。16.2 nm的锁模光谱带宽理论上支持变换极限为80 fs的超短脉冲,表明Yb:LuAG激光透明陶瓷具有输出亚百飞秒超短激光脉冲的潜力。3.开展了高重复频率全固态飞秒激光器的研究。使用单模LD作为泵浦源。通过克尔透镜锁模技术实现了Yb:LYSO激光器锁模运转,获得了58 fs的锁模脉冲输出,这是目前基于此晶体直接产生的最短脉冲宽度。锁模激光光谱带宽为21.3 nm,中心波长为1063 nm,重复频率为207 MHz。当泵浦功率为900 mW时,最大锁模输出功率为56 mW,相应的光-光转换效率为6.2%。与之前的工作相比~([1]),本实验不仅提高了脉冲重复频率,还缩短了激光脉冲宽度。4.开展了复合结构YAG/Nd:LuAG/YAG激光陶瓷的性能研究。实验研究了不同掺杂浓度和不同Nd:LuAG厚度的连续激光输出特性。当泵浦光垂直通过三明治复合结构进行泵浦时,连续光斜效率为9.1%,最大输出功率为1.1 W;泵浦光沿三明治中间层泵浦时,连续光斜效率为0.4%,最大输出功率为0.1 W。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN248
【部分图文】：
图 1.1 Yb3+能级结构图代，InGaAs LD 技术成熟后，国内外多个研究超快激光器的研究，例如美国林肯实验室、瑞日本东京大学、国内中科院上海硅酸盐研究所样的掺镱激光介质被用于全固态超快激光器的研氧化正硅酸盐[28],[29]、钒酸盐[30],[31]、钨酸盐[32],介质为例，1991 年，美国林肯实验室报导了 In从 Yb:YAG 晶体中获得了连续光输出，在吸收的 的最高输出功率[36]。1993 年，T. Y. FAN 等人使光器的首次调 Q 输出，脉宽为 11 ns[37]。随后光及锁模激光的性能展开了大量研究。通过 SE030 nm，脉冲宽度 540 fs[38]、340 fs[39]的锁模激宽度 136 fs[40]、170 fs[41]的锁模激光；通过克尔脉冲输出[42]。本课题组使用 LD 泵浦 Yb:YAG 陶
要求外部驱动调制腔内损耗，并且损耗调制器频率必须和腔内的模致。同时，由于调制器对非常短的脉冲无法有效地进行脉冲压缩，度的实现。锁模技术可以克服上述缺点。被动锁模是在激光器谐振腔内使用一来代替主动锁模中所使用的电光或声光损耗调制器，图 2.2 为被动理图。非线性光学元件引入的吸收损耗与激光强度相关，强度越弱反之亦然。连续激光器内由噪声起伏产生的噪声脉冲在腔内来回振通过可饱和吸收体，脉冲中间强度大故吸收损耗小所以越来越强（），而噪声脉冲的边缘强度小故吸收损耗大从而越来越弱乃至消失耗）。这样脉冲的宽度越来越短，谐振腔内的增益与损耗到达一个会产生稳定的锁模脉冲输出。锁模运转状态下，激光越强吸收损的超短脉冲和吸收损耗会互相调制，如果非线性的响应时间足够快数就能随激光脉冲宽度的缩小而变得更快，所以这种锁模机制对脉在脉冲宽度非常短时也是行之有效的。
a）慢饱和吸收锁模，（b）快饱和吸收锁模以及（c）孤子锁图 2.3 三种脉冲形成机制模和快饱和吸收锁模中，饱和增益和损耗调制动态平与净增益窗口宽度相同。对于慢饱和吸收锁模中的可脉冲到达可饱和吸收体时使得可饱和吸收体达到饱和进行净放大，但慢饱和吸收的恢复时间长，在其“吸物质的饱和增益随脉冲能量增大而迅速减小，饱和增闭合，可饱和吸收体的吸收损耗还未完全恢复，那么和吸收体的恢复时间。相对脉冲宽度来说这一恢复时之为慢饱和吸收锁模，染料激光器的锁模就属于这种级的上能级寿命，且增益截面相对较大[65]。但固体材 ms 量级，脉冲产生过程中增益为一固定值不足以输出模要求。锁模过程中脉冲宽度由可饱和吸收体的恢复的恢复时间短至可与期望的脉冲宽度相比拟，这样的
【参考文献】
本文编号：2887812
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN248
【部分图文】：
图 1.1 Yb3+能级结构图代，InGaAs LD 技术成熟后，国内外多个研究超快激光器的研究，例如美国林肯实验室、瑞日本东京大学、国内中科院上海硅酸盐研究所样的掺镱激光介质被用于全固态超快激光器的研氧化正硅酸盐[28],[29]、钒酸盐[30],[31]、钨酸盐[32],介质为例，1991 年，美国林肯实验室报导了 In从 Yb:YAG 晶体中获得了连续光输出，在吸收的 的最高输出功率[36]。1993 年，T. Y. FAN 等人使光器的首次调 Q 输出，脉宽为 11 ns[37]。随后光及锁模激光的性能展开了大量研究。通过 SE030 nm，脉冲宽度 540 fs[38]、340 fs[39]的锁模激宽度 136 fs[40]、170 fs[41]的锁模激光；通过克尔脉冲输出[42]。本课题组使用 LD 泵浦 Yb:YAG 陶
要求外部驱动调制腔内损耗，并且损耗调制器频率必须和腔内的模致。同时，由于调制器对非常短的脉冲无法有效地进行脉冲压缩，度的实现。锁模技术可以克服上述缺点。被动锁模是在激光器谐振腔内使用一来代替主动锁模中所使用的电光或声光损耗调制器，图 2.2 为被动理图。非线性光学元件引入的吸收损耗与激光强度相关，强度越弱反之亦然。连续激光器内由噪声起伏产生的噪声脉冲在腔内来回振通过可饱和吸收体，脉冲中间强度大故吸收损耗小所以越来越强（），而噪声脉冲的边缘强度小故吸收损耗大从而越来越弱乃至消失耗）。这样脉冲的宽度越来越短，谐振腔内的增益与损耗到达一个会产生稳定的锁模脉冲输出。锁模运转状态下，激光越强吸收损的超短脉冲和吸收损耗会互相调制，如果非线性的响应时间足够快数就能随激光脉冲宽度的缩小而变得更快，所以这种锁模机制对脉在脉冲宽度非常短时也是行之有效的。
a）慢饱和吸收锁模，（b）快饱和吸收锁模以及（c）孤子锁图 2.3 三种脉冲形成机制模和快饱和吸收锁模中，饱和增益和损耗调制动态平与净增益窗口宽度相同。对于慢饱和吸收锁模中的可脉冲到达可饱和吸收体时使得可饱和吸收体达到饱和进行净放大，但慢饱和吸收的恢复时间长，在其“吸物质的饱和增益随脉冲能量增大而迅速减小，饱和增闭合，可饱和吸收体的吸收损耗还未完全恢复，那么和吸收体的恢复时间。相对脉冲宽度来说这一恢复时之为慢饱和吸收锁模，染料激光器的锁模就属于这种级的上能级寿命，且增益截面相对较大[65]。但固体材 ms 量级，脉冲产生过程中增益为一固定值不足以输出模要求。锁模过程中脉冲宽度由可饱和吸收体的恢复的恢复时间短至可与期望的脉冲宽度相比拟，这样的
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 王胭脂;邵建达;晋云霞;黄建兵;张伟丽;董洪成;贺洪波;范正修;;Gires-Tournois负色散镜误差分析[J];中国激光;2009年06期
本文编号：2887812
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