掺钕钒酸盐及石榴石晶体短脉冲激光特性研究

发布时间：2017-11-16 20:17

  本文关键词：掺钕钒酸盐及石榴石晶体短脉冲激光特性研究

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【摘要】：全固态短脉冲激光器有重要的应用价值。选择合适的增益介质和调制元件是实现短脉冲激光输出的关键。掺钕钒酸盐晶体和掺钕石榴石晶体是两类重要的激光增益介质。掺钕钒酸盐晶体具有大的吸收和发射截面,较短的上能级寿命,有利于实现高效率的连续波激光运转。可以使用主动调Q实现短脉冲激光输出。如使用被动调Q技术,也可以通过选择掺钕钒酸盐混晶或选择合适组分切向掺钕钒酸盐晶体构建微片激光器实现短脉冲激光输出。掺钕激光晶体4F3/2→4I13/2,4F3/2→4I9/2能级跃迁对应的受激发射截面远小于4F3/2→4I11/2能级跃迁的受激发射截面,是实现被动调Q短脉冲激光运转的极佳备选波长。受限于传统可饱和吸收体Cr4+:YAG, V3+:YAG的窄可饱和吸收带,我们尝试使用新型二维层状宽带可饱和吸收晶体(石墨烯,过渡金属二硫化物)进行短脉冲激光实验。主要内容包括如下：使用Cr4+:YAG做被动调Q元件,辅以Nd:YVO4, Nd:GdVO4单晶和Nd:GdxY1-xVO4 (x=0,0.18,0.42,0.51,0.64, and 1.),Nd:Lu0.61Gd0.39VO4混晶做增益介质,分别实现了693 ps、420 ps、588 ps、646 ps的亚纳秒激光输出,分别对应峰值功率30 kW、28 kW、48 kW、13.5 kW。报道了Nd:LaxY1-xVO4 (x=0.11)和Nd:LaxLu1-xVO4 (x=0.05)晶体的4F3/2→4I13/2跃迁特性。借助声光调Q技术分别实现了13ns、2.69 kW和35μJ, 44ns、273 W、12 pJ的主动调Q短脉冲激光输出。使用c-切Nd:LaxLu1-xVO4 (x =0.05)晶体样品实现了41ns、199 W、8.2μJ被动调Q激光输出。报道了基于石墨烯被动调Q的掺钕晶体0.9 μm纳秒激光产生。对于Nd:La0.11Y0.89VO4晶体,当吸收泵浦功率为7.62 W时,最大平均输出功率,最高重复频率,和最小脉冲宽度分别为0.62 W、240 kHz和84 ns。对于Nd:YAG晶体,当吸收泵浦功率增加到9.5 W,可获得最高平均输出功率0.9 W,对应光光转换效率9.5%。脉冲重复频率和脉冲宽度分别为225 kHz、62 ns。计算的脉冲能量和峰值功率分别为4μJ和24.7 W。提出“化学风化”方法用于从体块材料上剥离原子层厚度的二维材料。我们的实验结果表明借助化学风化剥离机制可以顺利高效地剥离原子层厚度的MoS2和WS2。这些材料非常难以用其它常规方法制备。这些由于S空位导致的中间态的MoS2和WS2,在全固态激光器中显示了非常优异的可饱和吸收和锁模特性。应用到全固态激光器中获得了最窄60 ns的被动调Q脉冲,8.6 ps的锁模激光脉冲。报道了LD泵浦人眼安全单,双波长Nd:LuGdAG激光器。使用平凹谐振腔,在吸收泵浦功率8.52 W条件下可获得最大单双波长连续波(CW)输出功率1.05W、1.00 W,分别对应光光转换效率12.3%、11.7%,斜率效率14.5%、13.6%。使用石墨烯可饱和吸收体,首次获得1444 nm被动调Q激光运转。最大平均输出功率,最短脉冲宽度,最高脉冲重复频率分别为0.29 W、324 ns、64kHz。在被动调Q Nd:Lu0.14Gd0.86VO4微片激光器中实现了光学双稳态运转。双稳区覆盖5.9 W到7.3 W区间,在转换点跃升的输出功率为0.24W。通过含有可饱和吸收体的Fabry-Perot腔四能级激光模型,我们计算得到的结果与实验数据吻合。报道了一种在亚纳秒全固态微片激光器中产生Ince-Gaussian模式的方法。通过水平挪动圆形光阑,可以调整其在增益介质上的大小,并成功的获得了不同的Ince-Gaussian激光模式。输出激光具有稳定的脉冲宽度500～600 ps,同时脉冲重复频率在7到16kHz间改变。据我们所知这是首次在亚纳秒激光领域获得Ince-Gaussian模式,将来有望制成大能量高峰值功率器件。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

【参考文献】

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1 史彭,李隆,甘安生,凌亚文,刘小芳,白晋涛;端面抽运矩形截面Nd∶GdVO_4晶体热效应研究[J];中国激光;2005年07期

2 廖明墩;王正平;于浩海;张怀金;陈丽娟;庄士栋;郭磊;赵永光;王继扬;许心光;;Nd:GdVO_4/Cr:YAG微片式脉冲激光器[J];中国激光;2010年12期

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本文编号：1193569