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本论文针对超短脉冲激光重复频率控制锁定的广泛需求,首先通过自行研制的电子锁相环系统,进行了这类激光重复频率锁定控制的研究,并基于复杂可编程器件,研制了上升沿较短的具有多路输出功能的超快激光放大器分频延时器。在此基础上,实现了皮秒800nm钛宝石激光与1064nm全固态皮秒钒酸钇激光的主动同步;进而利用该同步激光两路波长之间的非线性混频实验研究,分别采用非线性晶体BBO和MgO:PPIN实现了和频及差频的输出,结合对钛宝石激光的波长调谐获得了可调谐蓝光及中红外波段的可调谐超短激光激光输出,从而演示证明了拓展超短脉冲激光波长的一种新途径。最后针对飞秒光纤激光的需要,进行了掺铒光纤锁模激光的初步研究,得到了波长1530nm调Q锁模激光输出。
本论文取得的主要创新结果有:
1.研制成功可用于重复频率锁
定及不同超快激光器同步的锁相环电路,该电路可以获得良好的重复频率锁定结果,重复频率锁定的阿仑偏差可达10-15。
2.基于自制的锁相环电路,以皮秒钛宝石激光及自建全固态皮秒钒酸钇为对象,实现了两台不同波长皮秒激的主动同步,实验测量结果表明同步精度(timing jitter)小于1ps,这一技术方案可进一步推广到任意波长超短脉冲激光的同步中。
3.基于上述的同步激光,通过采用BBO晶体的和频及对钛宝石激光的波长调谐,得到了中心在455nm～479nm范围内可调、最高平均功率达28mW的蓝光超短脉冲激光,据我们所知,这是迄今在该波短段所获得的超短脉冲激光的最高平均功率。
4.首次进行了同步的皮秒钛宝石激光与皮秒钒酸钇激光之间的差频研究,采用MgO:PPIN晶体作为差频元件,得到了中心波长在3μm附近可调的超快皮秒中红外激光辐射,在实验上证明了实现差频超短脉冲激光的一种新方法。这一技术方法在原理上还可以进一步用于产生中红外参量放大激光的种子脉冲及超快THz辐射产生等应用研究中。
5.基于复杂可编程逻辑器件(CPLD),研制了分频及延时电路。分频信号上升沿5ns左右,可延时10μs,可应用于各类超快激光放大器。
6.针对光纤超快激光在光学频率梳等方面的应用,以掺铒光纤为对象进行了光纤激光锁模的初步理论和实验研究,建立了模拟计算的算法,并在实验上获得了孤子锁模机制的调O锁模超短脉冲激光输出。