二极管泵浦掺Nd(Tm)晶体脉冲激光特性研究

摘要

激光晶体和吸收体是超快激光器重要的组成部分，它们的发展引领着超快激光的发展方向。人们总是不断的去寻求新型的激光晶体和饱和吸收体以便获得性能更好的超快激光。宽光谱的钕钇双掺氟化锶（Nd,Y:SrF2）晶体，由于其具有优良的机械性能、较高的热导率和较宽的荧光发射线宽越来越受到人们的关注。而以制造成本低、调制范围广、恢复时间短等优点著称的碳基吸收体（碳纳米管、石墨烯）也在超快激光领域崭露头角。本文使用新型的碳基吸收体对不同激光晶体的脉冲输出特性进行了研究，具体研究内容如下：
　　1、对钕钇双掺氟化锶（Nd,Y:SrF2）和掺铥铝酸钇（Tm:YAP）两种激光晶体的特性及其研究现状进行了综述。简述了碳基吸收体（碳纳米管、石墨烯）的制备过程和各自特性。
　　2、对Nd,Y:SrF2新型激光晶体的光谱特性进行了表征，在此基础上实现了激光二极管（LD）泵浦Nd,Y:SrF2晶体连续激光和被动调Q锁模激光运转。通过调节掺入的Y3+离子的浓度可以人为的控制激光晶体的吸收、发射光谱线宽。经过不断的优化，最终得到了发射线宽高达15 nm的Nd,Y:SrF2晶体。在连续特性中对比不同掺杂浓度的晶体的性能，获得最大输出功率为830 mW,最大斜效率为43.5％。使用Cr4+:YAG作为可饱和吸收体实现了LD泵浦Nd,Y:SrF2晶体被动调Q锁模运转。实验中获得最大输出功率150 mW，最大重复频率4.53 kHz,调Q包络内的锁模脉冲宽度为820.5 ps。
　　3、在传统W型激光谐振腔的基础上进行优化，使用反射式单壁碳纳米管作为可饱和吸收体实现了单端输出的LD泵浦Nd,Y:SrF2晶体连续锁模激光运转。在吸收泵浦功率1.97 W时获得最大功率为319 mW，相应的重复频率为107.8 MHz，中心波长为1056 nm。在未使用色散补偿装置的前提下，获得最窄脉冲宽度为1.7皮秒。实验结果表明，Nd,Y:SrF2晶体是一种性能优良的激光晶体。
　　4、使用紧凑的直腔，首次实现了LD泵浦Tm:YAP晶体的自调Q脉冲激光运转。在吸收泵浦功率7.04 W时，获得最大输出功率1.68 W，最窄脉宽1.64μs，最大重复频率65.16 kHz。
　　5、设计X型激光谐振腔并使用单层石墨烯作为可饱和吸收体实现了LD泵浦Tm:YAP晶体连续被动锁模激光运转。在实验中获得最大输出功率为256 mW，中心波长1988.5 nm，光谱半高宽为23 nm。实验结果表明，石墨烯在2微米全固态超短脉冲激光器中是一种非常有潜力的可饱和吸收体。

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第一章 概述

1.1 钕钇双掺氟化锶晶体简介

1.2 掺铥铝酸钇晶体简介

1.3 新型碳基可饱和吸收体

1.4 本文的主要内容及创新点

第二章 钕钇双掺氟化锶晶体连续、被动调Q锁模激光特性研究

2.1 调Q的基本理论

2.2 不同掺杂浓度的Nd,Y:SrF2晶体连续激光特性及光谱特性研究

2.3 Nd,Y:SrF2/Cr4+:YAG被动调Q锁模激光特性研究

第三章 钕钇双掺氟化锶晶体皮秒被动锁模激光特性研究

3.1 锁模的基本理论

3.2 反射式单壁碳纳米管的制备及特性

3.3 单光束输出W型激光谐振腔的设计

3.4 实验装置

3.5 实验结果与讨论

第四章 掺铥铝酸钇晶体自调Q及被动锁模激光特性研究

4.1 Tm:YAP晶体的自调Q激光特性研究

4.2 基于石墨烯可饱和吸收体的Tm:YAP晶体锁模激光特性研究

全文总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的项目、获得的奖励及发表的论文

致谢