非线性镜锁模全固态超快激光器研究
发布时间：2021-11-21 12:41
全固态激光器蕴含了半导体激光器（LD）与固体激光器的各种优点,具有平均和峰值功率高、转换效率高、光束质量好、结构紧凑、性能稳定、体积小、寿命长、激光输出波段广和工作方式多样等特点。被广泛应用于激光精细加工、激光通信、激光雷达、生物医学、大气探测和军事等众多领域。本文主要以中心波长为976 nm的半导体激光器来泵浦吸收截面大、发射截面范围宽的Yb:CALGO激光晶体,使用BBO（偏硼酸钡）和Mg:LN（掺镁铌酸锂）晶体分别与输出镜组成的非线性镜作为锁模元件,研究了Yb:CALGO激光器的连续、脉冲、可调谐等性能。主要内容如下:1.主要介绍了全固态激光器的发展历程和锁模技术的基本原理,分析了激光谐振腔的基本理论并介绍了谐振腔的设计方法。还详细介绍了实验中用到的激光增益介质Yb:CALGO晶体与非线性晶体BBO及Mg:LN晶体。2.介绍了非线性频率变换中的相位匹配理论及相位匹配方法:双折射相位匹配（Birefringent phase matching,BPM）。由非线性晶体与输出镜组成的非线性镜及其锁模原理,并简单介绍了非线性镜锁模超快激光器的研究进展。3.以中心波长为976 nm的半导体...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Keyes的实验装置图
山东师范大学硕士学位论文8图1.2“Z”型折叠腔实验装置图“Z”型折叠腔，相当于在直腔中引入一个由一个曲率半径较大的反射镜和一个曲率半径较小的反射镜组成的望远镜系统。通过调节折叠臂的长度，可以灵活的控制激光晶体和非线性晶体上的基模光斑半径。望远镜系统的引入可以达到以下的目的：（1）不会破坏输入镜M1附近的腔模参数，可以保证“Z”型折叠腔和腔长较短的直腔有相差不大的输出功率。（2）增大了谐振腔的长度，降低了脉冲重复频率，增大了单脉冲能量，有利于实现连续锁模。（3）可以使输出镜M4附近，也就是非线性晶体上的基模光斑尺寸非常小，提高了非线性晶体上基波光的功率密度，从而使转换效率增大。我们以“Z”型折叠腔为例，基于经典的ABCD变换矩阵理论，对腔内模式进行分析。如图1.2所示，其中输入镜M1为平面镜；M2、M3曲率半径分别为R2、R3；M4可以为对基波光不同透过率的平面输出镜。其中L1、L2、L3为折叠腔的三个臂长。假设激光晶体的热透镜效应等效焦距为F，并且紧贴输入镜M1放置。则从输入镜M1的传输矩阵为：123233213210101010111122011011011011010101011122101011011011LLLTFRRLLLABRRF==CD(1-1)为了保证激光在谐振腔内稳定的振荡，谐振腔必须满足稳定性条件：()1-1<12A+D(1-2)
山东师范大学硕士学位论文9基于ABCD变换矩阵，我们使用MATLAB软件编写了计算腔内各处腔模大小的程序，来设计满足腔模匹配的合适的谐振腔。下面我们使用实验中已经优化好的一组参数进行模拟计算，如表1.1所示。表1.1谐振腔参数R1/mmR2/mmR3/mmR4/mmL1/mmL2/mmL3/mm∞500100∞58060070我们假设激光晶体上产生的热透镜效应等效焦距F为300mm。通过MATLAB软件，使用编写好的程序进行计算，可以得到谐振腔各个位置腔模大小，如图1.3所示。图1.3“Z”型折叠腔内光斑半径分布计算得到()A+D2=0.8222，满足稳定性条件-1<(A+D)21，根据MATLAB程序计算得到M1处腔模半径228μm，M4处腔模半径68μm。由腔模匹配理论，我们可以通过模拟程序设计满足不同情况的谐振腔。1.3锁模技术1.3.1锁模的基本原理锁模技术是获得超快激光的重要方法。为了获得超短脉冲，可以采取锁模技术对激光光束进行特别的调制，使激光光束中不同振荡的纵模之间具有确定的相位关系，从而使各个振荡模式相干叠加得到峰值功率超高的超短脉冲[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Generation of 33 fs pulses directly from a Kerr-lens mode-locked Yb:CaYAlO4 laser[J]. Ziye Gao,Jiangfeng Zhu,Junli Wang,Zhiyi Wei,Xiaodong Xu,Lihe Zheng,Liangbi Su,Jun Xu. Photonics Research. 2015(06)
[2]新型的倍频晶体β-BaB2O4在锁模Ar+激光脉冲自相关测量中的应用[J]. 关信安,袁树忠,吴柏昌. 中国激光. 1986(12)
[3]A NEW-TYPE ULTRAVIOLET SHG CRYSTAL——β-BaB2O4[J]. 陈创天,吴柏昌,江爱栋,尤桂铭. Science in China,Ser.B. 1985(03)
本文编号：3509531
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Keyes的实验装置图
山东师范大学硕士学位论文8图1.2“Z”型折叠腔实验装置图“Z”型折叠腔，相当于在直腔中引入一个由一个曲率半径较大的反射镜和一个曲率半径较小的反射镜组成的望远镜系统。通过调节折叠臂的长度，可以灵活的控制激光晶体和非线性晶体上的基模光斑半径。望远镜系统的引入可以达到以下的目的：（1）不会破坏输入镜M1附近的腔模参数，可以保证“Z”型折叠腔和腔长较短的直腔有相差不大的输出功率。（2）增大了谐振腔的长度，降低了脉冲重复频率，增大了单脉冲能量，有利于实现连续锁模。（3）可以使输出镜M4附近，也就是非线性晶体上的基模光斑尺寸非常小，提高了非线性晶体上基波光的功率密度，从而使转换效率增大。我们以“Z”型折叠腔为例，基于经典的ABCD变换矩阵理论，对腔内模式进行分析。如图1.2所示，其中输入镜M1为平面镜；M2、M3曲率半径分别为R2、R3；M4可以为对基波光不同透过率的平面输出镜。其中L1、L2、L3为折叠腔的三个臂长。假设激光晶体的热透镜效应等效焦距为F，并且紧贴输入镜M1放置。则从输入镜M1的传输矩阵为：123233213210101010111122011011011011010101011122101011011011LLLTFRRLLLABRRF==CD(1-1)为了保证激光在谐振腔内稳定的振荡，谐振腔必须满足稳定性条件：()1-1<12A+D(1-2)
山东师范大学硕士学位论文9基于ABCD变换矩阵，我们使用MATLAB软件编写了计算腔内各处腔模大小的程序，来设计满足腔模匹配的合适的谐振腔。下面我们使用实验中已经优化好的一组参数进行模拟计算，如表1.1所示。表1.1谐振腔参数R1/mmR2/mmR3/mmR4/mmL1/mmL2/mmL3/mm∞500100∞58060070我们假设激光晶体上产生的热透镜效应等效焦距F为300mm。通过MATLAB软件，使用编写好的程序进行计算，可以得到谐振腔各个位置腔模大小，如图1.3所示。图1.3“Z”型折叠腔内光斑半径分布计算得到()A+D2=0.8222，满足稳定性条件-1<(A+D)21，根据MATLAB程序计算得到M1处腔模半径228μm，M4处腔模半径68μm。由腔模匹配理论，我们可以通过模拟程序设计满足不同情况的谐振腔。1.3锁模技术1.3.1锁模的基本原理锁模技术是获得超快激光的重要方法。为了获得超短脉冲，可以采取锁模技术对激光光束进行特别的调制，使激光光束中不同振荡的纵模之间具有确定的相位关系，从而使各个振荡模式相干叠加得到峰值功率超高的超短脉冲[11]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Generation of 33 fs pulses directly from a Kerr-lens mode-locked Yb:CaYAlO4 laser[J]. Ziye Gao,Jiangfeng Zhu,Junli Wang,Zhiyi Wei,Xiaodong Xu,Lihe Zheng,Liangbi Su,Jun Xu. Photonics Research. 2015(06)
[2]新型的倍频晶体β-BaB2O4在锁模Ar+激光脉冲自相关测量中的应用[J]. 关信安,袁树忠,吴柏昌. 中国激光. 1986(12)
[3]A NEW-TYPE ULTRAVIOLET SHG CRYSTAL——β-BaB2O4[J]. 陈创天,吴柏昌,江爱栋,尤桂铭. Science in China,Ser.B. 1985(03)
本文编号：3509531
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