【摘 要】
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全固态激光器能够产生高功率稳定连续波、脉冲、倍频以及单频激光束,凭借其高转换效率、高光束质量、寿命长、轻巧方便等优势成为最具潜力的新一代激光源之一。在全固态激光器的众多波段中,1μm波段激光因处于大气透过窗口而被广泛应用于激光测距、相干通信、卫星遥感扫描成像、光学图像处理、激光制导、非线性频率转换等方面,是近些年来激光领域研究的热点之一。本论文主要以Yb:CaF2晶体为研究对象,研究了其被动调Q、
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全固态激光器能够产生高功率稳定连续波、脉冲、倍频以及单频激光束,凭借其高转换效率、高光束质量、寿命长、轻巧方便等优势成为最具潜力的新一代激光源之一。在全固态激光器的众多波段中,1μm波段激光因处于大气透过窗口而被广泛应用于激光测距、相干通信、卫星遥感扫描成像、光学图像处理、激光制导、非线性频率转换等方面,是近些年来激光领域研究的热点之一。本论文主要以Yb:CaF2晶体为研究对象,研究了其被动调Q、腔内倍频和SESAM锁模激光特性。在Yb:CaF2晶体锁模激光谐振腔基础上微调,又使用Nd:YVO4晶体作为增益介质开展了锁模激光实验比较研究,本论文研究内容主要分为以下四个部分:（1）回顾了全固态激光器的发展历程及应用,分析了 1μm波段倍频激光、被动锁模激光的研究意义及研究进展,介绍了部分掺Yb3+离子、Nd3+离子激光晶体1μm波段研究进展及相关应用。（2）从实现调Q、锁模、倍频的基本原理出发,分析了激光调制的基本原理,总结了不同调Q和锁模方式的基本原理和优缺点,分析了使用SESAM实现连续波锁模的过程,计算晶体热透镜效应以及准直聚焦系统参数等,根据ABCD矩阵计算方法分析光学谐振腔稳区,计算并优化晶体内激光光斑尺寸、泵浦光光斑尺寸以及SESAM上光斑尺寸等以实现良好的模式匹配。（3）开展了 Yb:CaF2晶体被动调Q和腔内倍频特性研究。使用5at.%掺杂浓度的尺寸为7.5×5×2.9mm3的Yb:CaF2晶体进行了基于Cr:YAG可饱和吸收体被动调Q实验,获得脉宽80.7ns的1.82W调Q脉冲输出。使用LBO作为倍频晶体获得了 1.87W的倍频绿光输出,通过腔内插入玻璃片标准具实现基频光双波长输出,经倍频和频后获得515nm、516.1nm和517.2nm处三波长绿光0.89W输出。（4）开展了 Yb:CaF2晶体SESAM被动锁模特性研究,并在锁模激光运转的基础上把增益介质换为Nd:YVO4晶体进比较研究。使用976nm半导体激光器泵浦以布氏角放置的掺杂浓度5at.%的Yb:CaF2晶体,晶体尺寸为3×3×3mm3,获得了稳定锁模激光输出,最大平均输出功率403mW,斜效率9.2%,脉冲宽度为3.4ps,重复频率为120MHz,基频信号信噪比达到72dB,激光光束质量优异。通过分析Nd:YVO4晶体和Yb:CaF2晶体热效应的区别微调谐振腔,使用808nm半导体激光器泵浦掺杂浓度为0.5at.%的a切Nd:YVO4晶体,获得了斜效率为7.0%、最大平均功率295.4mW的1064.02nm脉冲激光输出,脉冲宽度为12.1ps,重复频率为120MHz,基频信号信噪比达到60dB。
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