二极管泵浦的高功率掺镱全固态飞秒振荡器研究
发布时间：2020-12-14 07:34
具有高平均功率的飞秒激光光源在科学研究、非线性频率变换、医疗和工业加工等方面都有非常广泛的应用,是目前激光技术研究的热点之一。使用二极管激光器直接泵浦的全固态飞秒激光器体积小、结构紧凑、价格低廉、使用寿命长且输出功率高,随着近年来高功率高亮度二极管激光器的快速发展,探索使用二极管泵浦的高功率全固态超快激光光源具有非常重要的意义。本论文主要开展了使用二极管泵浦的高功率掺镱全固态飞秒振荡器的研究工作。本人在硕士期间的主要工作如下:1.开展使用二极管泵浦的Yb:CGA飞秒振荡器研究。Yb:CGA晶体由于具有良好的光学特性和热特性,被称为是激光领域中不可多得的好材料。实验中使用980 nm的二极管激光器作为泵浦源,分别搭建了半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模和克尔透镜（KLM）锁模的Yb:CGA飞秒振荡器。使用SESAM锁模获得了83 fs,366 mW以及104 fs,1.58 W的激光输出;通过在谐振腔内插入克尔介质,采用双聚焦谐振腔结构在Yb:CGA晶体中实现了85 fs,810 mW的克尔透镜锁模激光输出,这种谐振腔结构使克尔透镜锁模的实现不再局限于必须使用紧聚焦谐振腔以及高亮度的泵...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Yb3+离子的能级结构分布图
图 1.2 二极管泵浦克尔透镜锁模 Yb:Lu2O3飞秒振荡器[41]2018 年，我们组的田文龙等人也开展了基于该谐振腔结构的实验研究，通腔内插入 2 mm 厚的石英片作为克尔介质，Yb:CYA 晶体单独提供增益，使率为 25 W 的光纤耦合式二极管作为泵浦源，实验获得了 1.5 W，68 fs 的锁在该实验中，激光输出功率的提升主要受到泵浦源输出功率的限制，如果使率更高的泵浦源，可能会输出更高功率的激光[42]。随着高功率二极管激光器使用这一新的谐振腔结构有望实现更高功率百飞秒量级的锁模激光输出。高功率、窄脉宽一直是全固态飞秒激光器非常重要的一个研究方向，高功率秒激光光源与非线性频率变换技术的结合，能够将激光波长从紫外波段拓展波段甚至是太赫兹波段，使得全固态激光的发展进入新的时期。 本论文的研究意义及主要研究内容
图 2.1 三种被动锁模机制[51]：（a）慢饱和吸收锁模；（b）快饱和吸收锁模；（c）孤子锁模被动锁模技术获得短脉冲激光的输出，依赖于可饱和吸收效应，可饱和吸收体的吸收损耗是与光场强度的大小成反比，对弱光场的部分引入较大的吸收损耗，而对强光场的部分引入较小的吸收损耗，这样就会使得弱光的透过率很低而强光的透过率很高；当光场的强度与可饱和吸收体的饱和能流相当时，吸收损耗就为零，光透过率可以达到 100%。被动锁模可以分为三种类型[44]：慢饱和吸收锁模[45],[46]、快饱和吸收锁模[47],[48]和孤子锁模[44],[49],[50]，主要依据是饱和吸收体恢复时间的长短。这三种锁模方式的脉冲形成机制如图 2.1 所示。慢饱和吸收锁模指的是损耗恢复时间相比于脉冲宽度要长的多，但是比脉冲在腔内来回一圈的时间短，如图 2.1（a）所示，超短脉冲的输出与动态的增益饱和有关。最初应用在染料激光器中的锁模方式就是基于该机制。相对来说，固体激光器比染料激光器的增益截面要小很多，且上能级寿命长，所以在输出脉冲时，增益饱和能量会比腔内的脉冲能量大的多，并且保持在一个固定值，不会出现增益饱和的现象。想要输出较短的锁模脉冲激光，就要使用恢复时间和脉冲宽度差不多的可
本文编号：2916073
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Yb3+离子的能级结构分布图
图 1.2 二极管泵浦克尔透镜锁模 Yb:Lu2O3飞秒振荡器[41]2018 年，我们组的田文龙等人也开展了基于该谐振腔结构的实验研究，通腔内插入 2 mm 厚的石英片作为克尔介质，Yb:CYA 晶体单独提供增益，使率为 25 W 的光纤耦合式二极管作为泵浦源，实验获得了 1.5 W，68 fs 的锁在该实验中，激光输出功率的提升主要受到泵浦源输出功率的限制，如果使率更高的泵浦源，可能会输出更高功率的激光[42]。随着高功率二极管激光器使用这一新的谐振腔结构有望实现更高功率百飞秒量级的锁模激光输出。高功率、窄脉宽一直是全固态飞秒激光器非常重要的一个研究方向，高功率秒激光光源与非线性频率变换技术的结合，能够将激光波长从紫外波段拓展波段甚至是太赫兹波段，使得全固态激光的发展进入新的时期。 本论文的研究意义及主要研究内容
图 2.1 三种被动锁模机制[51]：（a）慢饱和吸收锁模；（b）快饱和吸收锁模；（c）孤子锁模被动锁模技术获得短脉冲激光的输出，依赖于可饱和吸收效应，可饱和吸收体的吸收损耗是与光场强度的大小成反比，对弱光场的部分引入较大的吸收损耗，而对强光场的部分引入较小的吸收损耗，这样就会使得弱光的透过率很低而强光的透过率很高；当光场的强度与可饱和吸收体的饱和能流相当时，吸收损耗就为零，光透过率可以达到 100%。被动锁模可以分为三种类型[44]：慢饱和吸收锁模[45],[46]、快饱和吸收锁模[47],[48]和孤子锁模[44],[49],[50]，主要依据是饱和吸收体恢复时间的长短。这三种锁模方式的脉冲形成机制如图 2.1 所示。慢饱和吸收锁模指的是损耗恢复时间相比于脉冲宽度要长的多，但是比脉冲在腔内来回一圈的时间短，如图 2.1（a）所示，超短脉冲的输出与动态的增益饱和有关。最初应用在染料激光器中的锁模方式就是基于该机制。相对来说，固体激光器比染料激光器的增益截面要小很多，且上能级寿命长，所以在输出脉冲时，增益饱和能量会比腔内的脉冲能量大的多，并且保持在一个固定值，不会出现增益饱和的现象。想要输出较短的锁模脉冲激光，就要使用恢复时间和脉冲宽度差不多的可
本文编号：2916073
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