Tm:YAG激光器主动锁模技术的研究

摘要

2μm波段激光处于人眼安全范围，可应用在医疗、环境监测、材料加工、通信等方面。超短脉冲由于具有极窄的脉冲宽度、很高的峰值功率，使其在生物组织的微加工、新型光子器件的制作等方面都有重要的应用。本论文所研究的激光既具有2μm波段激光的特性，又具有超短脉冲的特性，因此具有十分重要的应用价值和研究价值。本论文的主要目的就是运用主动锁模技术，获得Tm:YAG晶体的声光主动锁模脉冲。
　　本论文首先分析了Tm:YAG固体激光器的发展情况以及2μm波段锁模激光器的发展情况。同时，分析了Tm:YAG晶体的一些特性，包括光学和光谱特性、物理和化学特性，根据其吸收谱，确定实验所用的泵浦源为785nm的半导体激光器。根据Tm3+的能级结构，获得Tm:YAG固体激光器的速率方程，并根据所得出的速率方程理论，对Tm:YAG激光器的阈值进行了分析。同时，对Tm:YAG晶体进行了热场理论分析，并通过搭建简单的谐振腔，对晶体热焦距进行了测量，另一方面，运用“光束质量反推法”，对测量结果进行了验证。
　　其次，分析了锁模的基本原理，并对主动锁模原理进行了着重分析，包括对锁模过程的时域和频域的分析，相位调制原理和振幅调制原理的分析，以及主动锁模激光器的脉宽分析。并分析了锁模谐振腔的设计原理，通过对谐振腔参数的分析，得出各个参数的理论数值。从而确定实验所需的谐振腔的具体结构。
　　最后，根据设计好的谐振腔结构，搭建完整的实验装置，对弛豫振荡现象进行了验证与测量。通过谐振腔的调节，以及对锁模驱动器的调试，实现腔长与载波频率相匹配，获得连续锁模脉冲。同时，分析了连续运转状态以及锁模运转状态的输出特性，包括功率输出特性、输出波长、时域波形、频谱图以及光斑图等，最后得到了0.95W，中心波长2012.5nm，重频84.066MHz，脉宽458.3ps的锁模脉冲光输出，光束质量因子M2=1.37。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 单掺Tm固体激光器

1.3 2 μm波段Tm:YAG固体激光器的研究现状

1.4 2 μm波段锁模技术的研究现状

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 Tm:YAG激光器速率方程理论与热效应分析

2.1 Tm:YAG晶体特性

2.2 Tm3+离子的能级结构

2.3 Tm:YAG激光器速率方程和阈值分析

2.4 热效应分析以及热透镜的测量

2.5 本章小结

第3章 主动锁模理论分析与锁模谐振腔的设计

3.1 锁模的基本原理

3.2 主动锁模的理论分析

3.3 锁模谐振腔的设计

3.4 锁模激光器谐振腔参数分析

3.5 本章小结

第4章 Tm:YAG激光器主动锁模实验研究

4.1 锁模激光器的实验装置

4.2 锁模激光器的实验结果及分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢