紫外光梳驅(qū)動源的研究.pdf

1、基于飛秒激光的光學頻率梳在精密測量和超快科學的發(fā)展方面起到了至關(guān)重要的作用。將光學頻率梳拓展到紫外與極紫外波段,不僅會帶來精密光譜學研究上的革命,而且將開辟各學科領(lǐng)域中高新科技發(fā)展的新時代。目前,國際上正在競相開展紫外與極紫外光學頻率梳研制的探索研究,本學位論文的主要工作包括開展了對時頻域精密控制的周期量級極端超短紫外光梳驅(qū)動源的理論和實驗研究。為獲得單脈沖能量高且脈沖重復頻率高的飛秒脈沖,本論文研究在新型飛秒激光及其放大、同步精密控制

2、方面發(fā)展了一系列新技術(shù)。在飛秒激光振蕩器的研制方面：在國際上首次實現(xiàn)了基于Yb:GSO晶體超短脈沖的輸出,其脈寬達到343fs,同時實現(xiàn)了脈寬可調(diào)(1-100ps)的超短脈沖；在放大器的研制方面：基于Yb離子雙包層光纖放大技術(shù),獲得了重復頻率高達100MHz、平均輸出功率超過10w的飛秒脈沖放大；在同步精密控制方面：發(fā)展了不同超短激光同步鎖定的新機制和創(chuàng)新技術(shù),基于交叉相位調(diào)制誘導偏振態(tài)偏轉(zhuǎn),實驗實現(xiàn)了Yb:GSO飛秒激光與摻鉺光纖飛秒

3、激光的精確同步鎖定,激光諧振腔可容忍的失匹范圍長達14mm,比以往所的報道的最好結(jié)果高兩個數(shù)量級。特別是,實驗實現(xiàn)了飛秒脈沖與皮秒甚至納秒脈沖的高精度同步鎖定,為載波位相穩(wěn)定的飛秒脈沖的光學啁啾參量放大提供新途徑。 本學位論文主要成果可概括如下： 1.完成了采用半導體激光二極管泵浦的基于新型摻鐿激光晶體的1μm波段小型化超快超短激光振蕩器的研制,其中緊湊型激光振蕩器的研究涉及了關(guān)鍵單元創(chuàng)新技術(shù)的研究與發(fā)展,主要包括：

4、 1)成功地實現(xiàn)了具有較大能級劈裂的新型摻鐿正硅酸鹽激光晶體Yb:GSO的低閾值高效激光輸出；實現(xiàn)了激光閾值僅為127mW、斜效率86％的較好實驗結(jié)果。此斜效率為摻鐿正硅酸鹽晶體到目前為止所獲得的最大值。 2)采用具有較大色散量的腔內(nèi)色散元件SF14布儒斯特棱鏡,成功地獲得了Yb:GSO激光晶體的光滑、連續(xù)的調(diào)諧曲線,得到了波長從1009nm到1112nm,帶寬大于97nm的調(diào)諧激光輸出。 3)成功地實現(xiàn)了采用具有很

5、好的機械性能的Yb:GYSO混晶在1083nm波段大功率的連續(xù)激光輸出,這可以應用在度量衡學方面作為He3和He4內(nèi)部的超精細躍遷的光泵浦源；實現(xiàn)了Yb:GYSO連續(xù)激光器的最大輸出功率達到7.5W,最高斜效率為79％。 4)成功實現(xiàn)了廣泛應用在非線性頻率合成、熒光激發(fā)和醫(yī)用儀器等方面的Yb:GYSO多波長激光器,實現(xiàn)了發(fā)生在104nm～1043nm,1048nm～1052nm,1056nm～1063nm和1080nm～1089nm幾個

6、波段的雙波長、三波長和四波長激光振蕩。 5)成功獲得了斜效率高達96％的混晶Yb:LYSO晶體連續(xù)激光輸出,其連續(xù)調(diào)諧范圍為1014.4nm～1091.7nm,調(diào)諧范圍大于77nm。 6)成功實現(xiàn)了Yb:GSO激光晶體連續(xù)鎖模激光運轉(zhuǎn),選用棱鏡對激光腔內(nèi)的群速度色散進行補償,在國際上首次實現(xiàn)了基于Yb:GSO激光晶體連續(xù)鎖模激光運轉(zhuǎn)的中心波長為1031nm,脈沖寬度為343fs的緊湊飛秒激光振蕩器。 2.完成了高

7、重復頻率、短脈沖種子光放大器的研制,成功解決了提高耦合效率、抑制寄生振蕩等技術(shù)難題,研究內(nèi)容包括： 1)實現(xiàn)采用摻鐿雙包層光纖連續(xù)放大器的輸出功率達12w,斜效率57％。實現(xiàn)了雙包層光纖飛秒放大器的輸出功率達10W,斜效率72％,光-光轉(zhuǎn)換效率為42％。 2)對適合大能量激光系統(tǒng)放大器的具有較低燒結(jié)溫度的新型摻鐿多晶陶瓷Yb:Y1.9La0.1O3的激光性能進行了探索,成功獲得了最大輸出功率為2.0W的連續(xù)激光輸出,調(diào)諧

8、范圍從1018nm到1086nm,連續(xù)調(diào)諧范圍寬達68nm的調(diào)諧激光輸出。并首次實現(xiàn)了摻鐿多晶陶瓷Yb:Y1.9La0.1O3的皮秒激光輸出。 3.成功解決了在紫外光梳驅(qū)動系統(tǒng)中,非共線寬帶OPCPA泵浦激光脈沖與信號光脈沖之間精確同步的關(guān)鍵難題,發(fā)展了與國際同類研究不同的新方案：將Yb:GSO飛秒激光器和摻鉺光纖激光器通過交叉相位調(diào)制引入的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應同步在一起,從而激光諧振腔可容忍的失匹范圍長達14mm,比以往所的報道