二极管泵浦Yb:LuAG陶瓷飞秒激光器研究

摘要

半导体激光器泵浦的全固态激光器具有体积小、造价低、效率高、操作简单、便于维护等优点，在科研、工业加工、军事、人体工程、医疗等方面都有广阔的应用前景。掺镱固态材料制作工艺简单、生长尺寸大、成本低、光学性能优异、能够输出近红外波段激光等特点，在全固态激光器应用中发展迅速，成为人们的研究热点。激光透明陶瓷的诞生，为固体激光材料拓宽了全新的领域。本论文的研究内容分为两个部分，一是研究了以Yb:LuAG陶瓷为增益介质的固态激光器，研究了其连续激光特性、SESAM被动锁模特性以及克尔透镜锁模特性；二是研究了增益介质对泵浦激光真实吸收效率的特性，设计实验并且通过实际测量对比验证了有无激光运转对增益介质吸收泵浦激光的差别。论文的主要内容与创新性体现在以下几个方面：
　　1.研究分析了不同掺杂浓度、不同外形尺寸、不同结构的Yb:LuAG陶瓷连续激光运转、波长调谐、SESAM被动锁模以及克尔透镜锁模。使用的 Yb:LuAG陶瓷有两种类型，块状结构和三明治结构。块状结构的通光长度分别为2.7 mm和1.8 mm，三明治结构实际Yb:LuAG掺杂区域为500μm，并且三明治结构实验中摆放方式又分为正常摆放和三明治结构摆放。利用块状结构的Yb:LuAG陶瓷获得了最大1.922 W连续激光输出，相应的调谐范围为66 nm（1030-1096 nm）。成功地将SESAM锁模技术应用到Yb:LuAG陶瓷（15 at.％，4×4×2.7 mm3）中，输出锁模激光的脉冲宽度、光谱宽度、平均输出功率分别为933 fs、1.8 nm、532 mW。接着又将克尔透镜锁模技术应用于Yb:LuAG陶瓷（15 at.%，4×4×2.7 mm3）激光中，输出了稳定的锁模激光，激光脉冲宽度、光谱宽度、中心波长、重复频率、平均输出功率分别为98 fs、14.1 nm、1053 nm、115 MHz、121 mW。利用YAG/15 at.%Yb:LuAG/YAG陶瓷，实现了平面波导激光器运转输出，输出激光功率为288 mW，中心波长为1030.7 nm。
　　2.研究了增益介质对于泵浦激光真实吸收效率的实验研究。通过理论分析得出有无激光运转，增益介质对于泵浦激光的吸收是完全不同的两种情况。随后设计出激光运转时增益介质对于泵浦激光吸收测量的实验方案，并且使用Yb:LuAG陶瓷样品进行验证测量，最后通过数据对比发现了三个特点：1、激光运转的情况下增益介质对于泵浦激光的吸收要比非激光运转条件下多；2、非激光运转状态下，增益介质掺杂浓度越低，吸收饱和越明显；3、在激光运转状态下，相同掺杂浓度的增益介质，不同输出耦合率的OC，对于泵浦激光的吸收比例基本一致。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1超快激光的发展

1.2镱离子掺杂固体激光材料

1.3本论文的主要研究内容以及研究意义

第二章 锁模原理

2.1锁模

2.2主动锁模

2.3被动锁模

2.4色散补偿技术

2.5本章小结

第三章 二极管泵浦SESAM被动锁模Yb:LuAG陶瓷激光器

3.1 Yb:LuAG激光陶瓷简介

3.2 Yb:LuAG陶瓷激光器的研究进展

3.3 Yb:LuAG陶瓷连续激光实验研究

3.4 Yb:LuAG陶瓷被动锁模飞秒激光实验研究

3.5本章小结

第四章 二极管泵浦克尔透镜锁模Yb:LuAG陶瓷激光器

4.1 Yb:LuAG陶瓷克尔透镜锁模飞秒激光器实验装置

4.2 Yb:LuAG陶瓷克尔透镜锁模飞秒激光器实验结果与分析

4.3 Yb:LuAG陶瓷克尔透镜锁模飞秒激光器改进实验的分析与设计

4.4本章小结

第五章 增益介质对抽运光源真实吸收率的评价与测试

5.1实验目的

5.2实验障碍

5.3解决方案

5.4预期效果

5.5实验验证

5.6本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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