绿光泵浦的克尔透镜锁模翠绿宝石激光器研究

作     者：杨云霄 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱江峰;王屹山

授予年度：2022年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：翠绿宝石晶体 绿光泵浦 飞秒激光 克尔透镜锁模 

摘      要：翠绿宝石晶体是一种宽带可调谐激光晶体,具有硬度高、热导率高、抗光学损伤能力强的优异光学性质。该晶体的发射光谱位于700-900 nm之间,在超短脉冲的产生与波长调谐等方面具有极大的优势,可被广泛应用于遥感雷达、光电对抗、激光美容、激光精密加工等领域。同时,翠绿宝石晶体的吸收光谱覆盖400-700 nm,蓝光、绿光、黄光和红光波段的光源均可选作翠绿宝石激光器的泵浦源。不同波段的泵浦源有不同的优势,选用蓝光作为泵浦源时,激光器可以获得更宽的发射光谱;选用黄光或红光作为泵浦源时,激光器量子效率更高,有望获得高平均功率输出;光束质量好、输出功率高的绿光光源更适合作为翠绿宝石锁模激光器的泵浦光源,尤其是作为克尔透镜锁模激光器的泵浦光源。本论文探究了翠绿宝石晶体的物理与光学性质,以超短脉冲产生的理论基础,对克尔透镜锁模翠绿宝石全固态激光器开展理论与实验研究,主要工作与创新点如下:1.探究了翠绿宝石晶体的物理与光学特性。研究了晶体的物理特性、光谱特性和折射率、晶体色散曲线和温度特性等相关的光学性质。根据晶体的基态吸收与激发态吸收特性,建立了翠绿宝石激光器激光理论模型。基于激光器的理论模型考虑能级速率方程适配性,计算了谐振腔斜效率、内部损耗等参数;2.开展了翠绿宝石激光器连续激光特性研究。泵浦源使用最高输出功率为10 W,中心波长为532 nm的绿光激光器;增益介质选择0.2 at.%掺杂浓度,10 mm长的翠绿宝石晶体;腔型结构选用X型折叠腔。在10 W泵浦功率下,获得了平均功率1.4 W的连续激光输出,斜效率为17%。谐振腔内插入熔石英材质的三棱镜进行波长调谐,实现了731-789 nm波长范围内连续调谐,最大调谐宽度为58 nm;3.设计了克尔透镜锁模翠绿宝石激光器。选用掺杂浓度为0.22 at.%、长度为3mm的翠绿宝石晶体作为增益介质,通过棱镜对补偿腔内色散的方式,在泵浦光功率10 W时,在中心波长749 nm处,实现了稳定的锁模脉冲输出,平均功率为369 m W,脉冲宽度为105 fs,光谱半高全宽为6.3 nm,相应的时间带宽积为0.354,输出脉冲的重复频率为92 MHz。这是目前国内首次报道的绿光泵浦的克尔透镜锁模翠绿宝石飞秒激光器。