论文部分内容阅读
超快激光器因为其具有脉冲宽度小、重复频率高、光谱带宽宽、峰值功率高的特点,自1964年诞生以来一直备受关注,广泛应用于科研、工业、军事、通讯、医学等领域,深深影响和改变着人类社会。半导体泵浦全固态锁模激光器是目前获得超快脉冲输出的有效方式之一。随着半导体工艺的发展,半导体可饱和吸收体(SESAM)逐渐成为一种简单有效的锁模器件,并成为近20年来的研究热点。相比于被大量研究的1.0μm波段,LD泵浦的1.3μm超快激光器在很多方面都有着重要的应用,例如远程遥感、信息存储、大气污染检测。因为其与石英光纤低色散和低损耗波长一致,1.3μm波段的超快激光在光纤通信、光传感定位等领域非常重要。由于水分子在该波段具有合适的光学吸收,考虑到对软生物组织的精细切割和血液凝结效率,高重复频率和大能量的1.3μm皮秒激光器非常适合应用于激光医学。因为与可以描述烃类微油气苗的一些黏土矿物吸收带吻合,1.34μm高重复频率、大能量脉冲激光器在地底石油和大气的光谱探测方面具有重要应用价值。激光晶体是全固态锁模激光器的重要组成部分,人们不断探索利用新晶体来实现超短脉冲的产生。本论文采用LD泵浦,以SESAM作为锁模元件,研究了Nd:YVO4、YVO4/Nd:YVO4/YVO4、Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:LGGG晶体在1.3μm波段的超快激光特性。研究内容如下：1.总结了全固态锁模激光器的发展历程,分析了1.3μm波段超快激光器的研究意义及研究进展。2.从实现锁模的基本原理出发,对SESAM实现连续波锁模的基本过程进行了理论分析；介绍了SESAM的基本结构、时间特性和特征参数,讨论了SESAM特征参数对锁模激光特性的影响；定性分析了用SESAM实现连续波锁模的阈值条件。3.分析了谐振腔设计过程中需要考虑的因素,以及这些因素对SESAM锁模激光器的影响；从Nd:YVO4晶体的热效应着手分析,通过优化设计谐振腔,实现了LD泵浦全固态高功率1342nm锁模激光运转。对Nd：YVO4晶体和键合YVO4/Nd:YVO4/YVO4晶体1342nm连续波锁模激光器进行了对比研究,获得最高输出功率分别为2.19W和2.97W,脉宽分别为8.6ps和9.96ps。相比于Nd:YVO4晶体,在相同掺杂浓度下,键合YVO4/Nd:YVO4/YV04晶体能有效祛除热效应的影响,可以支持更高的泵浦功率,获得更高输出功率。采用相同谐振腔,键合YVO4/Nd:YVO4/YVO4锁模激光器获得的最高输出功率比Nd:YVO4锁模激光器提高了36%。4.用SESAM作为锁模器件,研究了掺钕石榴石晶体在1.3μm皮秒锁模固体激光器上的应用。以Nd:YAG作为增益介质,在1338nm处获得瓦级锁模脉冲输出。实现了Nd:GGG晶体1331nm稳定锁模运转,平均功率467mW,脉宽5ps。结果证实,Nd:GGG晶体不仅是热容激光器的优良材料,在超快激光方面也表现优异。研究了Nd:LGGG晶体1.33μm锁模激光特性,实现了Nd:LGGG晶体1331.3nm和1336.4nm双波长同步锁模。