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新型掺Yb超快脉冲产生的研究

作　者: 张潇依
导　师: 曾和平
学　校: 华东师范大学
专　业: 光学
关键词: 超快激光掺Yb3+晶体波长调谐锁模、谐波锁模光纤放大器
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

自九十年代初钛宝石第一次被作为增益介质来产生超短激光脉冲起,超快激光就因其极窄的脉冲宽度和极高的峰值功率而备受关注。发展至今,随着超短脉冲激光在科学研究领域、工业领域、生活医学领域的广泛应用。“输出新颖的波长范围的超快激光”,“生产钛宝石激光器连续式或脉冲式运转的绿色激光泵浦源”等新要求被提出,新型超快激光增益介质的产生发展被迅速的推动起来。此时,掺杂Yb3+的激光介质,作为能够直接由InGaAs二极管进行高效泵浦的1μm波段超快固体激光材料而受到人们的重视。而掺Yb3+的正硅酸盐类晶体,更因为其高热导效应以及宽调谐范围而从其它的掺Yb3+介质中脱颖而出。本论文就是利用掺Yb3+的正硅酸盐类晶体作为激光的增益介质,并利用大功率半导体激光器(LD)直接泵浦,构建稳定的连续调谐,连续锁模的激光振荡器以及掺镱双包层光纤放大器,来进行超短激光脉冲产生的实验研究,具体内容可概括如下1、简述了超快激光光学的发展历史和应用情况,通过对超短脉冲激光的产生方法,尤其是全固体激光器方式的重点介绍,引出了掺Yb3+激光晶体作为超快激光产生的固体激光材料的优势。2、进行了固体激光材料的简要介绍,并详细描述了五种掺Yb3+的正硅酸盐类晶体的结构和光谱特性,之后涉及了双包层光纤的产生、结构特性、端面设计以及掺Yb3+双包层光纤的优点。3、实现了Yb:YSO、Yb:LSO、Yb:LYSO、Yb:GYSO和Yb:GSO五种正硅酸盐晶体的平行平面腔、三镜V型腔、五镜Z型腔的连续激光输出。其中,平行平面腔Yb:GYSO激光器获得了斜率效率为107.9%,光光转换效率84%高效激光。4、5 at.%掺杂的Yb:YSO、Yb:GYSO、Yb:LYSO和Yb:LSO四种正硅酸盐晶体,在以SF14的棱镜作为调谐元件,利用三镜V型腔作为激光谐振腔的实验建设下,完成了100nm量级的宽带调谐激光输出。在111 nm宽带调谐下,Yb:LYSO激光器输出1084.9nm的4.4 W高功率激光。114nm的宽带调谐激光由Yb:LSO晶体产生。5、以SESAM作为被动锁模元件,成功的实现了Yb:YSO和Yb:LYSO两种正硅酸盐晶体的连续锁模纳秒激光。经过进一步实验尝试,Yb:YSO晶体的二次谐波锁模激光能够稳定出现。50 W的半导体泵浦下,Yb:LYSO激光器产生了波长为1033.7 nm,脉冲宽度为145.9 ps的锁模激光。6、5 at.%掺杂的Yb3+正硅酸盐晶体的连续调谐和连续锁模激光,由两级掺镱双包层光纤激光器进一步实现了平均输出功率的放大。Yb:YSO、Yb:LSO和Yb:LYSO三种连续调谐激光振荡级,在该放大系统下完成了1053nm和1083nm两波段的30W的连续激光的输出。Yb:YSO和Yb:LYSO的连续被动锁模激光,经历第一级光纤放大器后输出了1058 nm波段10W左右的放大激光,光—光转换效率为37%。7、最后给出了论文内容的总结,以及今后实验工作的重点和方向。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第一章绪论  12-14
第二章固体激光材料  14-19
  一、固体激光介质材料  14
  二、掺镱固体激光材料  14-18
    (一) 掺Yb~(3+)正硅酸盐类激光晶体  14-16
    (二) 掺Yb~(3+)双包层光纤  16-18
  三、章节小结  18-19
第三章 LD泵浦的连续激光振荡器  19-27
  一、实验原理  19
    (一) 激光振荡器  19
  二、平-平腔连续激光振荡器  19-23
    (一) 实验装置  19-20
    (二) 实验结果与分析  20-23
  三、多镜腔连续激光振荡器  23-25
    (一) 三镜腔连续激光振荡器  23
    (二) 五镜腔连续激光振荡器  23-24
    (三) 实验结果与分析  24-25
  四、章节小结  25-27
第四章 LD泵浦的连续调谐激光器  27-33
  一、实验原理  27-29
    (一) 调谐激光器  27
    (二) 调谐器件  27
    (三) 光学谐振腔的相关理论  27-29
  二、掺Yb~(3+)连续调谐激光器  29-31
    (一) 实验装置  29-30
    (二) 实验结果与分析  30-31
  三、章节小结  31-33
第五章 LD泵浦的连续被动锁模激光器  33-46
  一、实验原理  33-35
    (一) 锁模原理  33
    (二) 被动锁模元器件  33-34
    (三) 五镜腔连续被动锁模激光器腔型计算  34-35
  二、掺Yb~(3+)连续被动锁模激光器  35-45
    (一) 实验装置  35-36
    (二) 实验结果与分析  36-45
  三、章节小结  45-46
第六章 LD泵浦的掺Yb~(3+)双包层光纤放大器  46-55
  一、实验原理  46-47
    (一) 激光放大器  46
    (二) 激光放大器的分类  46-47
  二、掺Yb~(3+)双包层光纤放大器  47-54
    (一) 光纤激光放大器  47
    (二) 掺Yb~(3+)连续调谐双包层光纤激光放大器  47-50
    (三) 掺Yb~(3+)连续被动锁模双包层光纤激光放大器  50-54
  三、章节小结  54-55
第七章小结与研究展望  55-57
参考文献  57-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文和获得奖励  62-63
致谢  63

新型掺Yb超快脉冲产生的研究

内容摘要

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