自鎖模自受激拉曼激光器的研究.pdf

1、隨著對(duì)全固態(tài)激光器的不斷深入研究，人們不僅注重研究時(shí)域上的超短脈沖，同時(shí)也在探索拓寬激光頻譜范圍的方法。自鎖模效應(yīng)與晶體本身的三階非線性效應(yīng)有關(guān)，近十年來(lái)基于自鎖模效應(yīng)的皮秒激光被應(yīng)用于通信、醫(yī)療生物學(xué)、微納加工、非線性光學(xué)以及光學(xué)時(shí)鐘等領(lǐng)域。受激拉曼散射技術(shù)也與晶體本身的三階非線性效應(yīng)有關(guān)，作為一種高效的光學(xué)頻率變換手段，有效地拓寬了激光頻譜范圍。進(jìn)入21世紀(jì)之后出現(xiàn)了自受激拉曼激光器，將激光晶體與拉曼晶體合二為一，使得激光器體積更小

2、、運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定，已經(jīng)成為國(guó)際拉曼激光器的研究熱點(diǎn)之一。
　　本論文根據(jù)全固態(tài)自鎖模激光器以及自受激拉曼激光器的發(fā)展方向和存在的難點(diǎn)，利用Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4晶體，率先在國(guó)內(nèi)展開(kāi)對(duì)皮秒自鎖模激光器的理論及實(shí)驗(yàn)方面的研究。不僅在一定程度上填補(bǔ)了皮秒自鎖模激光領(lǐng)域中存在的空白，還創(chuàng)造性地將自鎖模技術(shù)與自受激拉曼技術(shù)結(jié)合，研究實(shí)現(xiàn)了皮秒自鎖模自受激拉曼激光器，并此基礎(chǔ)上完成了腔外二次諧波黃光輸出。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:

3、>　　第一，研究了自鎖模激光器的關(guān)鍵理論和設(shè)計(jì)規(guī)律，數(shù)值模擬了相關(guān)熱效應(yīng)對(duì)激光器的影響、自鎖模激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)及自啟動(dòng)的條件等;研究了自鎖模激光器內(nèi)非線性鎖模現(xiàn)象的產(chǎn)生原因;理論研究了單增益介質(zhì)的自鎖模自受激拉曼效應(yīng)激光動(dòng)力學(xué)過(guò)程，自行探究了這類(lèi)激光器的設(shè)計(jì)理論和規(guī)律;研究了像散模式轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)自鎖模渦旋激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)理論。
　　第二，研究了新型的亞吉赫茲皮秒自鎖模激光器，并為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)積累了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。首先利用非對(duì)稱(chēng)Z型腔實(shí)現(xiàn)

4、了三次諧波自鎖模激光輸出，平均輸出功率為2W，光-光轉(zhuǎn)換效率為25％。接下來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)Z型對(duì)稱(chēng)腔，成功實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的亞吉赫茲自鎖模激光輸出，鎖模激光平均輸出功率為1.65W，斜效率為23.8％，重復(fù)頻率為530MHz，脈寬為15.1ps。
　　第三，自行研究了穩(wěn)定的皮秒自鎖模綠光激光器，首先探究了腔長(zhǎng)對(duì)自鎖模綠光穩(wěn)定性的影響，然后利用凹平腔實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的皮秒532n激光輸出，并研究了在腔內(nèi)引入其它非線性效應(yīng)對(duì)自鎖模激光器穩(wěn)定性的影

5、響，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)。穩(wěn)定的連續(xù)鎖模綠光平均輸出功率為258mW，斜效率為4.5％，重復(fù)頻率為1.1GHz，平均振幅抖動(dòng)小于8％。
　　第四，創(chuàng)新性地研究了高克爾靈敏度自鎖模自受激拉曼頻移激光器，即利用一塊激光晶體本身具有的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)增益介質(zhì)、拉曼晶體和鎖模元件三個(gè)作用。首先利用Nd∶YVO4晶體實(shí)現(xiàn)了皮秒自拉曼1176nm的激光輸出，拉曼光平均輸出功率、重復(fù)頻率、基頻光脈寬和斜效率分別為643mW、1.53GHz、8.6ps

6、和8.2％。此外，結(jié)合LiB3O5晶體腔外倍頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了6mW的黃光輸出。又利用Nd∶GdVO4晶體實(shí)現(xiàn)了1173nm皮秒自鎖模激光器運(yùn)轉(zhuǎn)，鎖模平均輸出功率、重復(fù)頻率、斜效率、基頻光脈寬以及黃光功率分別是736mW、1.51GHz、8.3％、12.5ps以及7.65mW。
　　第五，將皮秒自鎖模技術(shù)與腔外像散模式轉(zhuǎn)換器結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了1064nm的Nd∶YVO4自鎖模渦旋光輸出。最終在實(shí)驗(yàn)中觀察到LG02模時(shí)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自鎖模脈