近中红外波段全固态飞秒激光器研究

摘要

近中红外波段的飞秒激光脉冲在科学研究，军事对抗以及医学治疗领域等具有十分广泛的应用，而固态激光器的快速发展及在稳定性和维护方面的具大优势，因此近中红外波段固体激光器的研究已成为国内外激光技术研究的重要热点之一。针对这一背景，本论文主要致力于近红外及中红外全固态激光锁模的研究，内容主要分为两个部分，一是发射波长在1μm左右的镱掺杂正硅酸盐单晶固体激光锁模研究，包括Yb:GSO、Yb:LSO和 Yb:YSO这三种新型正硅酸盐晶体做增益介质的连续光和半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模激光研究；二是发射波长处在2.3μm左右的铬掺杂硫属化合物固体激光锁模研究，包括 Cr:ZnS晶体的连续光和克尔透镜锁模（KLM）锁模研究。此外也实现了Cr:ZnSe晶体的连续光运转。论文的主要内容与创新性体现在以下几个方面：
　　1.开展了激光二极管（LD）泵浦的飞秒锁模镱掺杂正硅酸盐晶体激光器的研究。首先测量了Yb:GSO，Yb:LSO和Yb:YSO三种晶体对976 nm泵浦激光的吸收率，在所得结果基础上，利用该波长的的高亮度LD泵浦五镜腔结构的Yb:GSO晶体，在吸收泵浦激光为12.4W时，获得了接近2 W的1057 nm连续激光运转，把高反镜换成SESAM后，仔细调节激光腔镜，最终获得了最大激光输出为700 mW、重复频率为91 MHz、光谱半高宽(FWHM)为3.4 nm的锁模激光。同时在实验调节中分别获得了单波长、双波长以及三波长运转的锁模实验结果。利用另一块Yb:LSO晶体做增益，交换激光谐振腔的两臂，在5.9 W的吸收泵浦功率下获得的连续光输出功率为2.13W、光光转换效率为36％。利用SESAM技术获得的激光锁模功率为553 mW、输出波长为1057 nm、光谱半高宽为4.2nm，恢复原来的腔型后获得了平均功率717 mW的连续锁模激光。最后采用Yb:YSO晶体，在泵浦功率为14.4 W时，利用0.8％、1.5％、2.5％和10％的输出镜，分别获得了功率为1.74 W，2.01 W，2.05 W和2.19 W的连续激光输出。
　　2.进行了铬掺杂硫属化合物中红外锁模激光器的研究。利用商用的1532 nm波长的铒光纤激光器泵浦非平面环形Er:YAG激光振荡器获得的S偏振1645 nm的的窄线宽激光，泵浦 Cr:ZnS激光晶体，采用四镜腔结构，在吸收1.7W的泵浦激光下获得了平均功率为105 mW，波长从2165到2470nm范围的可调谐连续激光输出。调节激光器到稳区边缘，获得中心波长在2333 nm、平均功率为90 mW的克尔透镜锁模激光输出，光谱半高宽为28.4nm，对应的脉宽极限为200 fs。同时由于材料的多晶特性，基于随机相位匹配效应，获得了输出波长分别在1166 nm、779 nm和582 nm的二、三和四次谐波输出。利用上述结构，换用Cr:ZnSe激光晶体，获得了最大平均功率212 mW的激光输出，波长调谐范围为2260-2534nm。锁模进一步进行中。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1超快激光发展历程

1.2用于产生超快激光的固体增益介质

1.3 超快激光研究意义

1.4 本论文研究内容以及创新性

第二章 超快激光技术

2.1调Q技术

2.2锁模技术

2.3被动锁模技术

2.4本章小结

第三章 激光谐振腔以及色散控制

3.1激光谐振腔

3.2谐振腔内色散的产生

3.3色散补偿元件

3.4本章小结

第四章 镱掺杂正硅酸盐晶体激光器的研究

4.1引言

4.2晶体特性

4.3镱掺杂正硅酸盐晶体激光器最新研究进展

4.4实验部分

4.5本章小结

第五章 铬掺杂晶体激光器的研究

5.1引言

5.2 Cr:ZnS和Cr:ZnSe晶体特性

5.3最新实验进展与现状

5.4 Cr:ZnS晶体及激光器实验研究

5.5 Cr:ZnSe晶体激光器实验研究

5.6本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

作者简介