無序激光晶體Nd：CNGG和Nd：CLNGG的生長及性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體泵浦的全固化超短脈沖激光器在受控核聚變、等離子體物理學(xué)、遙控技術(shù)、化學(xué)和物理動力學(xué)、生物學(xué)、高速攝像、光通訊、光譜學(xué)、全息學(xué)以及非線性光學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。鎖模技術(shù)是獲得超短脈沖的一種有效手段，經(jīng)過鎖模調(diào)制，每個脈沖的寬度與振蕩線寬成反比。因為振蕩線寬受到激光器凈增益線寬的限制，即工作物質(zhì)的增益帶寬決定鎖模脈沖寬度。因此，增益線寬越寬，越可能得到窄的鎖模脈沖。 盡管稀土離子摻雜的玻璃，具有較寬的發(fā)射譜線，但是較小的熱導(dǎo)率，

2、給其在高功率及高重復(fù)頻率激光系統(tǒng)中的應(yīng)用帶來了很多不便。而一般晶體材料由于晶格結(jié)構(gòu)的有序性，使得熒光譜線較窄，難以得到窄脈寬的激光。在這兩者之間，存在著一類被稱為無序晶體的材料，該材料不僅具有較有序晶體寬的吸收與發(fā)射譜線，而且具有比玻璃好的熱學(xué)性質(zhì)。這類材料是適合產(chǎn)生高功率及高重復(fù)頻率超短脈沖激光的優(yōu)秀激光晶體。本論文著眼于無序晶體的特點(diǎn)，對典型的摻釹鈣鈮鎵石榴石Nd：Ca3（NbGa）2—xGa3O12（Nd：CNGG）和摻釹鈣鋰鈮鎵

3、石榴石Nd：Ca3LixNb1．5+xGa3．5—xO12（Nd：CLNGG）無序激光晶體進(jìn)行了系統(tǒng)探索研究，主要工作包括： （一）晶體生長的研究 1、介紹了Nd：CNGG和Nd：CLNGG晶體生長的設(shè)備及工藝，討論了影響晶體質(zhì)量的因素。 2、采用提拉法成功生長出大尺寸、高質(zhì)量的Nd：CNGG和Nd：CLNGG激光晶體，并對其生長過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 （二）Nd：CNGG和Nd：CLNGG晶體物理性質(zhì)的

4、研究 1、首次對Nd：CLNGG晶體的熱學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)其熱導(dǎo)率高于玻璃，因而比玻璃更適合應(yīng)用在高功率泵浦的激光器中。 2、對Nd：CNGG與Nd：CLNGG晶體的光譜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)兩者均具有寬達(dá)十幾納米的吸收及發(fā)射帶，與Nd摻雜的玻璃相當(dāng)，揭示了其產(chǎn)生飛秒超短脈沖的可能性。 （三）Nd：CNGG和Nd：CLNGG晶體連續(xù)激光特性的研究 1、首次實(shí)現(xiàn)了LD泵浦Nd：CNGG和Nd：CLNGG晶

5、體1．33μm連續(xù)激光輸出，分別獲得了158 mW、141 mW的最大連續(xù)激光輸出，斜效率分別為2．0％、2．9％。 2、在1．06μm波段獲得了大功率連續(xù)激光輸出，最大輸出功率分別為4．03 W、3．81W，相應(yīng)斜效率分別高達(dá)31％、30．3％，均超過了已有報道。 （四）Nd：CNGG和Nd：CLNGG晶體被動調(diào)Q激光特性的研究 1、首次使用Cr4+：YAG作為被動調(diào)Q器件，對Nd：CNGG進(jìn)行了被動調(diào)Q激光性

6、能研究。獲得了最窄脈沖寬度、最大脈沖能量及最高峰值功率分別為12．9 ns、173．16μJ、12．3 kW的脈沖輸出。通過光譜分析，發(fā)現(xiàn)Nd：CNGG激光器以雙波長運(yùn)轉(zhuǎn)。 2、首次使用Cr4+：YAG作為被動調(diào)Q器件，對Nd：CLNGG晶體進(jìn)行了被動調(diào)Q激光性能研究。實(shí)現(xiàn)了最窄脈寬、最大脈沖能量、最高峰值功率分別為12．3 nS、265．3μJ、20．8 kW的被動調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)。與Nd：CNGG激光器不同，輸出光譜中只有一個波長。

7、 （五）Nd：CNGG和Nd：CLNGG晶體被動鎖模激光特性的研究 1、以SESAM為被動鎖模元件，采用色散補(bǔ)償技術(shù)，對Nd：CNGG晶體的被動鎖模激光特性進(jìn)行了研究。首次實(shí)現(xiàn)了雙波長同步鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，所得脈沖寬度為5ps，重復(fù)頻率88 MHz，每個同步鎖模脈沖由脈寬660 fs、重復(fù)頻率0．63 THz的準(zhǔn)周期拍頻脈沖組成。 2、以SESAM為被動鎖模元件，采用色散補(bǔ)償技術(shù)，對Nd：CLNGG被動鎖模激光特性進(jìn)行了