自鎖模自受激拉曼激光器的研究.pdf

1、隨著對全固態(tài)激光器的不斷深入研究，人們不僅注重研究時域上的超短脈沖，同時也在探索拓寬激光頻譜范圍的方法。自鎖模效應與晶體本身的三階非線性效應有關，近十年來基于自鎖模效應的皮秒激光被應用于通信、醫(yī)療生物學、微納加工、非線性光學以及光學時鐘等領域。受激拉曼散射技術也與晶體本身的三階非線性效應有關，作為一種高效的光學頻率變換手段，有效地拓寬了激光頻譜范圍。進入21世紀之后出現(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、、運轉更穩(wěn)定，已經成為國際拉曼激光器的研究熱點之一。
　　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，利用Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4晶體，率先在國內展開對皮秒自鎖模激光器的理論及實驗方面的研究。不僅在一定程度上填補了皮秒自鎖模激光領域中存在的空白，還創(chuàng)造性地將自鎖模技術與自受激拉曼技術結合，研究實現(xiàn)了皮秒自鎖模自受激拉曼激光器，并此基礎上完成了腔外二次諧波黃光輸出。主要研究內容和創(chuàng)新點如下:

3、>　　第一，研究了自鎖模激光器的關鍵理論和設計規(guī)律，數(shù)值模擬了相關熱效應對激光器的影響、自鎖模激光器穩(wěn)定運轉及自啟動的條件等;研究了自鎖模激光器內非線性鎖?，F(xiàn)象的產生原因;理論研究了單增益介質的自鎖模自受激拉曼效應激光動力學過程，自行探究了這類激光器的設計理論和規(guī)律;研究了像散模式轉換器實現(xiàn)自鎖模渦旋激光器運轉的相關理論。
　　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)的實驗設計積累了相關的經驗。首先利用非對稱Z型腔實現(xiàn)

4、了三次諧波自鎖模激光輸出，平均輸出功率為2W，光-光轉換效率為25％。接下來進一步優(yōu)化設計Z型對稱腔，成功實現(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，首先探究了腔長對自鎖模綠光穩(wěn)定性的影響，然后利用凹平腔實現(xiàn)了穩(wěn)定的皮秒532n激光輸出，并研究了在腔內引入其它非線性效應對自鎖模激光器穩(wěn)定性的影

5、響，為后續(xù)的實驗積累了經驗。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％，重復頻率為1.1GHz，平均振幅抖動小于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實現(xiàn)增益介質、拉曼晶體和鎖模元件三個作用。首先利用Nd∶YVO4晶體實現(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，結合LiB3O5晶體腔外倍頻技術實現(xiàn)了6mW的黃光輸出。又利用Nd∶GdVO4晶體實現(xiàn)了1173nm皮秒自鎖模激光器運轉，鎖模平均輸出功率、重復頻率、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，將皮秒自鎖模技術與腔外像散模式轉換器結合，成功實現(xiàn)了1064nm的Nd∶YVO4自鎖模渦旋光輸出。最終在實驗中觀察到LG02模時可以實現(xiàn)穩(wěn)定的自鎖模脈