半導(dǎo)體激光泵浦的高功率鎖模激光器研究.pdf

1、使用半導(dǎo)體激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器，有著高效率、高穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)緊湊以及光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在科學(xué)研究、工業(yè)加工、激光醫(yī)療以及軍事探測(cè)打擊方面都有著廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)今的激光發(fā)展研究中是一個(gè)很重要的領(lǐng)域。尤其是高功率的超短脈沖鎖模激光器，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都有很重要的應(yīng)用，對(duì)各種不同激光晶體鎖模特性的研究成了激光研究中很重要的方面。
　　本論文中，我們利用LD(陣列)進(jìn)行泵浦，針對(duì)可得到近紅外激光的兩種晶體，Nd:YVO4晶體和Y

2、b:LuAG晶體的激光輸出性能進(jìn)行了研究。本文主要內(nèi)容可以分為五個(gè)部分:
　?、偃虘B(tài)激光器以及全固態(tài)鎖模激光器的背景和發(fā)展現(xiàn)狀，包括第一章
　?、阪i模技術(shù)的基本原理以及半導(dǎo)體飽和吸收鏡 SESAM的原理，包括第二章
　　③基于Yb:LuAG晶體的雙波長(zhǎng)鎖模激光器，包括第三章
　　④ LD泵浦高功率Nd:YVO4鎖模激光器的實(shí)驗(yàn)研究，包括第四章
　?、莨ぷ骺偨Y(jié)以及展望，包括第五章
　　在第一部分，我們

3、從激光器的發(fā)明開(kāi)始，介紹了1960年以來(lái)全固態(tài)激光器的發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀。主要介紹了固體激光器的泵浦方式從燈泵向半導(dǎo)體激光泵浦的轉(zhuǎn)變，以及在研究超快鎖模激光器的過(guò)程中各種不同鎖模技術(shù)的進(jìn)步變化。
　　在第二部分，我們介紹了鎖模的基本原理，并對(duì)常用鎖模器件SESAM進(jìn)行了簡(jiǎn)介。主要從公式上推導(dǎo)了鎖模技術(shù)為何能夠通過(guò)鎖定縱模相位來(lái)生成超短脈沖，并從 SESAM的特性上分析了其如何在激光腔內(nèi)起到鎖模的作用。
　　在第三部分，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)

4、室中實(shí)現(xiàn)了Yb:LuAG激光器的波長(zhǎng)脈寬可切換的鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。使用摻雜濃度10％，通光長(zhǎng)度3mm的Yb:LuAG晶體，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)以及脈寬可穩(wěn)定切換的鎖模激光輸出。通過(guò)對(duì)狹縫進(jìn)行調(diào)節(jié)，激光器可以分別得到中心波長(zhǎng)為1031nm，脈沖寬度1.15ps的皮秒脈沖輸出或中心波長(zhǎng)1046nm，脈沖寬度252fs的的飛秒脈沖輸出，最高輸出功率達(dá)到2.2W。不同的皮秒或飛秒脈沖可以作為可切換泵浦源在泵浦OPO時(shí)產(chǎn)生重要作用。
　　在第四部分，我們基于

5、熱鍵合的Nd:YVO4激光晶體，在單諧振腔中獲得鎖模脈沖輸出，得到國(guó)內(nèi)最高的47.5W平均功率輸出。在該工作中，我們采用中心波長(zhǎng)888nm的泵浦源以及熱鍵合 Nd:YVO4晶體降低晶體工作時(shí)的熱負(fù)載。理論上，利用有限元軟件 ANSYS分析了熱鍵合Nd:YVO4晶體在高功率泵浦下的溫度分布以及熱透鏡效應(yīng)；實(shí)驗(yàn)上，采用100W的光纖耦合888nm泵浦源，以及長(zhǎng)度為（5+30+5） mm的熱鍵合 YVO4-Nd:YVO4-YVO4晶體，在單諧

6、振腔內(nèi)獲得了中心波長(zhǎng)1064nm，最高平均功率47.5W的鎖模脈沖輸出。
　　在第五部分，我們對(duì)本文涉及的工作做了總結(jié)與展望。在論文中，我們所研制的Yb:LuAG激光器具有高功率以及波長(zhǎng)脈寬可切換等特點(diǎn)，可以用作泵浦光學(xué)參量振蕩器來(lái)得到寬帶調(diào)諧的中紅外脈沖；Nd:YVO4振蕩器有著國(guó)內(nèi)最高的平均功率輸出，由于其皮秒高功率的特點(diǎn)，可以在工業(yè)上應(yīng)用于硅片冷加工等，此外，在實(shí)驗(yàn)室中也可以泵浦光學(xué)參量振蕩器嘗試得到10W量級(jí)的脈沖，這些應(yīng)