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超短脉冲激光器的锁模研究及谐振腔设计

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第一章绪论

§1.1固体激光器锁模研究进展

§1.1.1被动锁模

§1.1.2主动锁模

§1.1.3对撞脉冲锁模

§1.1.4附加脉冲锁模

§1.1.5克尔透镜锁模

§1.2稳定固体激光腔研究历史

§1.3固体激光介质的热效应

§1.3.1激光棒内的温度分布

§1.3.2激光棒内折射率的分布

§1.3.3热透镜效应

§1.3.4含热透镜谐振腔的等效三镜腔分析方法

§1.4本论文的主要研究内容

参考文献

第二章光学谐振腔图解分析基础及应用

§2.1传播圆—变换圆图解分析方法

§2.1.1传播圆图解方法

§2.1.2变换圆图解方法

§2.1.3变换圆图解方法的一个重要关系

§2.2两镜腔的图解分析方法

§2.3等效透镜组的变换规则及其在谐振腔设计中的应用

§2.3.1两透镜组

§2.3.2多透镜组

§2.3.3等效透镜组在自启动锁模腔设计中的应用

§2.4本章小结

参考文献

第三章动力敏感腔

§3.1热透镜自调Q动力敏感腔

§3.2克尔透镜自锁模动力敏感腔

§3.2.1克尔透镜自锁模动力敏感腔的变换圆图解分析

§3.2.2利用双‘U’曲线设计动力敏感腔

§3.2.3克尔透镜自锁模动力敏感腔的几种布局

§3.3本章小结

参考文献

第四章自脉动克尔透镜开关放大锁模研究

§4.1钛宝石飞秒激光器的锁模研究

§4.1.1自锁模机理研究现状

§4.1.2实验装置和结果

§4.1.3 X型折叠腔的传播圆—变换圆图解分析

§4.1.4结果讨论

§4.2巨脉冲Nd:YAG激光器的锁模研究

§4.2.1 CR4+:YAG晶体简介

§4.2.2脉冲Nd:YAG激光器的锁模研究

§4.3本章小结

参考文献

第五章锁模激光器的发光动力学研究

§5.1锁模激光器的发光动力学研究

§5.1.1实验装置和结果

§5.1.2 X型折叠腔的传播圆—变换圆分析

§5.1.3讨论

§5.2本章小结

参考文献

第六章几种五镜腔的分析和实验研究

§6.1等价近对称型五镜腔

§6.1.1谐振腔结构的变换圆图解分析

§6.1.2对Zhigang Zhang等报导的五镜锁模腔的分析

§6.2等价非对称型五镜腔

§6.3有效放大锁模区的简单五镜腔

§6.3.1标准四镜腔

§6.3.2改进的简单五镜腔

§6.3.3两种谐振腔的变换圆图解分析

§6.4本章小结

参考文献

第七章轴移不变性及其在锁模腔设计中的应用

§7.1高斯光束的轴移变换( )旋转变换

§7.1.1轴移→旋转变换

§7.1.2旋转→轴移变换

§7.1.3轴移→旋转→轴移变换

§7.2热透镜效应—轴移补偿原理

§7.3利用轴移不变性的自适应动力稳定腔

§7.4轴移不变性在锁模腔设计中的应用

§7.4.1有效放大锁模区型五镜腔的改进方案

§7.4.2等价非对称型五镜腔的改进方案

§7.5本章小结

参考文献

全文总结

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致谢

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摘要

随着时代的进步,超短脉冲技术的发展取得了日新月异的变化。而具有优质激光特性的新激光介质和新技术的产生和出现更是向激光领域注入了全新的活力,带来了一系列卓有成效的研究成果,为研究和认识自然界提供了崭新的方法。本文围绕超短脉冲激光器的锁模研究及谐振腔设计,开展了以下几方面的工作: (1)发展了进行谐振腔分析、设计所必需的工具之——等效透镜组的概念,并举例分析其在谐振腔设计中的重要应用。 (2)对克尔透镜自锁模动力敏感腔的敏感特性作出了分析,并且结合表征动力状态的双‘U’型曲线分析了克尔透镜自锁模动力敏感腔的设计和选择思路;同时指出,激光介质的克尔透镜效应是锁模运行的触发因子。 (3)探讨了钛宝石飞秒激光器和Cr4+:YAG被动锁模Nd:YAG脉冲激光器的克尔透镜锁模原理及过程,提出了一种新的锁模机制——起因于光学混沌的自脉动克尔透镜开关放大锁模,从而将这两类超短脉冲激光器在锁模机制上达到了统一。(4)通过对钛宝石飞秒激光器发光动力学的研究,指出只有在一定的腔结构配置下,腔内扰动所致的Kerr透镜效应才会使得钛宝石飞秒激光器实现自锁模;Kerr透镜效应只是实现锁模的必要条件而不是充要条件;通常白克尔透镜锁模的说法太简单,没有揭示锁模过程的物理内容,而且容易将Kerr透镜效应当成锁模形成的充要条件。 (5)根据变换圆图解原理分析了三种不同类型的自锁模五镜腔:等价近对称型、等价非对称型和有效放大锁模区型。其中有效放大锁模区型谐振腔稳定性好、易启动、易准直、锁模区很宽(160mm),大大降低了对调整精度的要求,是一种新型宜于推广的自锁模谐振腔。 (6)在高斯光束轴移不变性的研究基础上,发展并证明了轴移→旋转→轴移变换的关系,提出了对两种五镜腔进一步加以改进的设计方案。

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