LD侧面泵浦主动调Q及被动锁模激光器

摘要

近年来，随着各种新型晶体的出现，固体超快激光器得到了快速发展。与光纤激光器相比，固体超快激光器具有更高的峰值功率，更好的光束质量，更高的信噪比。二十世纪九十年代随着半导体可饱和吸收镜（Semiconductor Saturable Absorber Mirror，SESAM）的出现，固体超快激光器产生了革命性进展。各种以SESAM为锁模机制的固体激光器陆续出现，其结构、性能和指标不断提升，目前已经出现了SESAM锁模激光器产品。然而固体超快激光器采用的光纤耦合半导体激光器泵源价格偏贵，输出功率也不够高，因此本文研究了采用大功率侧面泵浦固体激光器的锁模及调Q运转，期望能够得到成本更低的大功率超快光源。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了LD侧面泵浦声光调Q理论以及被动锁模机理及关键因素。⑵考虑LD侧泵模块的热效应，分别利用平行光探测法和临界稳定腔法测量了侧泵模块的热透镜焦距，并结合理论分析比较两者，确定了适合测量LD侧泵模块热透镜焦距的方法。⑶利用ABCD传输矩阵研究了两种最典型的腔型：直线腔和Z型折叠腔。分别利用这两种腔型进行了实验研究，提出了适用调 Q激光器和锁模激光器的最佳腔型结构。⑷设计并优化了LD侧面泵浦调Q激光器的谐振腔结构。利用声光调Q开关做了主动调Q实验，实验得到了脉宽为140ns，功率为10W的调Q脉冲，同时在腔内插入KTP倍频晶体，得到了脉宽为146ns，输出功率为8.86W的绿光，倍频效率达到46.1％。⑸对LD侧面泵浦锁模激光器进行锁模实验方案设计及优化。利用国产SESAM分别进行了直线腔锁模实验，Z型腔锁模实验以及声光调Q与SESAM同时调制的调Q锁模实验。直线腔中，得到最大输出功率为2W的锁模脉冲，输出波长为1064nm，重复频率为245MHZ，脉冲宽度为121.5ps。Z型腔中，我们得到最大输出功率为1.2W的锁模脉冲，输出波长为1064nm，重复频率为105MHZ，输出脉宽为23.4ps，光束质量M2约1.2，峰值功率约0.5kW，经KTP倍频后，得到输出功率约0.6W，输出波长为532nm的绿光脉冲。同时，在Z型腔中，成功实现声光调Q与SESAM同时调制脉冲，提高了锁模脉冲的稳定性，同时将锁模单脉冲能量由10nJ提高到7。

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第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 LD侧泵锁模激光器国内外研究进展

1.3 本论文的主要工作

第二章 激光谐振腔的设计

2.1 谐振腔腔型结构

2.2 ABCD传输矩阵法

2.3 热透镜焦距的计算与测量

2.4 LD侧泵Nd:YAG谐振腔的设计

2.5 小结

第三章声光调Q及倍频激光器的设计与实验研究

3.1 调Q激光器的基本原理

3.2 声光调Q开关及KTP晶体

3.3 声光调Q的设计及实验研究

3.4 小结

第四章 LD侧泵被动锁模激光器的设计与实验研究

4.1锁模的基本理论

4.2 半导体可饱和吸收镜

4.3 LD侧泵SESAM皮秒锁模激光器的实验研究

4.4小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作

5.2 今后研究展望

致谢

参考文献

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