被動(dòng)鎖模TmHo：YVO4激光器的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、2μm超短脈沖激光器具有高重頻、窄脈寬的特點(diǎn),在激光光譜技術(shù)、非線性頻率變換等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文對(duì)2μm超短脈沖激光的相關(guān)技術(shù),如鎖模激光的產(chǎn)生、脈沖寬度的測(cè)量、諧振腔色散的補(bǔ)償?shù)?作了理論和實(shí)驗(yàn)方面的研究。
　　首先,本論文從被動(dòng)鎖模激光器的速率方程出發(fā),推導(dǎo)出了適合半導(dǎo)體飽和吸收鏡的連續(xù)鎖模閾值公式。根據(jù)閾值公式,我們選擇了受激發(fā)射截面較大的Tm,Ho:YVO4晶體作為激光介質(zhì),并給出了激光器諧振腔的設(shè)計(jì)原則。之后

2、,利用望遠(yuǎn)鏡式諧振腔的設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)了一個(gè)六鏡望遠(yuǎn)鏡諧振腔,并對(duì)諧振腔的各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)作了詳盡的分析。分析表明,在晶體的熱焦距大于200mm,準(zhǔn)直距離不大于500mm時(shí),這兩個(gè)參數(shù)的變化對(duì)晶體和吸收體處光斑半徑的影響很小。而輸出鏡位置和飽和吸收體的位置對(duì)諧振腔的穩(wěn)定性和腔內(nèi)光斑分布的影響較大,與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值的最大允許偏差僅分別為20mm和15mm。另外,二者位置的偏差也會(huì)使得子午面和弧矢面的光斑不相等,在腔中引入像散。各個(gè)腔鏡的折疊角度對(duì)腔

3、內(nèi)的像散也有影響,實(shí)驗(yàn)中每個(gè)腔鏡的折疊角度要控制在5°以內(nèi)。利用設(shè)計(jì)好的諧振腔,本論文首次從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了Tm,Ho:YVO4激光器的連續(xù)鎖模激光輸出。在最大吸收泵浦功率5.6W時(shí),得到了最大輸出功率為146mW的鎖模激光。隨著泵浦功率的提高,激光器輸出脈沖依次為調(diào)Q、調(diào)Q鎖模和連續(xù)鎖模。連續(xù)鎖模的閾值為106mW。激光脈沖的射頻頻譜中心頻率為64.2657MHz,沒(méi)有邊頻,這也表明得到了連續(xù)鎖模激光輸出。激光的中心波長(zhǎng)為2041.5nm

4、,光束質(zhì)量因子為3.8。
　　其次,為了測(cè)量鎖模激光脈沖的脈寬,本論文中采用MgO:PPLN作為倍頻晶體,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度自相關(guān)測(cè)量,測(cè)得的脈沖寬度為14.3ps。為了能夠測(cè)量無(wú)啁啾的脈沖脈寬,本論文中采用Ⅱ類匹配KTP晶體作為倍頻晶體,實(shí)現(xiàn)了無(wú)背景自相關(guān)測(cè)量。首先從理論上證明了群速度走離(GVM,Group Velocity Mismatch)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很小,僅會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生小于2％的誤差,可以忽略。之后從實(shí)驗(yàn)上測(cè)得脈沖寬度為

5、14.6ps,該結(jié)果與強(qiáng)度自相關(guān)測(cè)量的結(jié)果基本一致。
　　最后,為了能夠得到變換受限的脈沖,本論文還計(jì)算了諧振腔中包含的正色散,并在諧振腔中引入棱鏡對(duì)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。采用無(wú)背景自相關(guān)測(cè)量色散補(bǔ)償后的脈寬為14.6ps,與直接輸出的激光相同。為了解釋這一現(xiàn)象,本文中利用包含色散的鎖模主方程,計(jì)算出了不同腔內(nèi)色散條件下脈沖寬度和啁啾系數(shù)的變化。理論計(jì)算結(jié)果表明,原諧振腔中的色散較小,對(duì)脈沖的展寬作用不明顯,僅能將脈寬為14.3ps的脈沖