LD泵浦掺Yb超短脉冲激光系统的研究

摘要

全固态锁模激光器和超短脉冲放大技术是近年来国际上十分热门的两个研究领域，本文着眼于两个领域相结合的优势，以激光二极管(Laser Diode，LD)泵浦掺镱(Yb3+)超短脉冲激光系统的关键技术的研究为背景，对掺Yb3+的全固态锁模激光器和掺Yb3+的光子晶体光纤放大器进行了深入研究，本文的主要内容与研究成果如下： 1．利用SESAM对一种新型的硅酸盐晶体Yb：GSO进行了锁模实验，获得了CW锁模运转，锁模光谱的半高宽为1.5nm，锁模脉冲的中心波长为1033nm，最高平均输出功率达到156mW。 2.详细分析了影响自倍频激光器高效运转的具体参数，获得了自倍频激光器实现高效率运转的条件。在此基础上，对新型Yb：GdYAB晶体进行了自倍频实验，获得了高达17.2％的从LD到自倍频绿光转化效率。对SESAM锁模的Yb：YAB进行了实验改进，获得了稳定的锁模脉冲序列，为光纤超短脉冲放大器提供了良好的信号源。 3.针对Yb3+离子在1μm以上波段为准四能级运转的特点，在考虑到激光下能级粒子的波尔兹曼分布条件下，利用增益光纤的速率方程，得到了光纤内信号光、泵浦光和放大的自发辐射光(ASE)的传输规律，用数值方法求解了具有典型参数的光纤内增益系数的分布，以及ASE噪声的大小。结合光纤内增益的分布规律，用分步傅立叶方法模拟了超短脉冲在光纤内的传输过程，研究发现光纤的非线性在脉冲放大过程中起主要作用。 4.以大包层数值孔径的双包层掺Yb3+光子晶体光纤作为放大器的增益介质，搭建了光纤超短脉冲放大器。在入射锁模脉冲信号的宽度为2.3ps，功率为100mW，入纤泵浦功率达到11W的情况下，获得了最高2.4W、脉宽为3.0ps的超短脉冲输出。 5．为测量超短脉冲的宽度，搭建了一台步进电机驱动的超短脉冲自相关器，其可测量脉冲宽度范围达100fs至50ps，已经投入实验使用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 超短脉冲激光器的历史

1.2 光纤激光放大器

1.2.1 光纤应用于高功率激光系统的优势

1.2.2 掺Yb3+光纤激光器的发展过程

1.3 本论文的主要工作

第二章 新型掺Yb3+锁模激光器

2.1 新型SESAM锁模激光器的研究

2.1.1 SESAM锁模激光器

2.1.2 低阈值锁模的Yb:GSO激光器的研究

2.2 自倍频激光器的理论和实验研究

2.2.1 光强转换因子K的确定

2.2.2 自倍频输出功率的分析

2.2.3 LD端面泵浦Yb:GdYAB自倍频激光器的优化设计

2.2.4 Yb:YAB锁模激光器的研究

2.3 超短脉冲测量仪器的研制

2.3.1 非共线自相关器测脉冲的原理

2.3.2 非共线自相关器的搭建

2.4 本章小结

第三章 光纤超短脉冲放大器的理论分析

3.1 掺Yb3+双包层光纤增益特性的研究

3.1.1 掺Yb3+光纤的能级结构和光谱特征

3.1.2 掺Yb3+光纤的速率方程

3.1.3 掺Yb3+光纤内的传输方程

3.1.4 光纤增益及噪声的数值分析

3.2 脉冲在光纤中的演化

3.2.1 脉冲的传输方程

3.2.2 脉冲在光纤内传播的数值模拟

3.3 本章小结

第四章 光纤超短脉冲放大器的实验研究

4.1 光纤放大器概述

4.1.1 光纤放大器的发展历史

4.1.2 光子晶体光纤放大器的优点

4.2 光子晶体光纤放大器实验装置

4.2.1 泵浦源

4.2.2 隔离器

4.2.3 光栅对压缩器

4.2.4 放大器的信号源

4.3 大包层数值孔径光子晶体光纤放大器

4.3.1 光纤参数

4.3.2 实验过程及结果分析

4.4 本章总结

第五章 总结及展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢