基于掺杂镱离子激光晶体及陶瓷材料的超快激光特性研究

基于掺杂镱离子激光晶体及陶瓷材料的超快激光特性研究

论文摘要

超快激光具有高重复频率、窄脉冲宽度、高峰值功率等特点,在精密加工、医疗、生物、物理、化学等领域具有广泛的应用。随着高功率半导体激光二极管(Laser Diode,LD)的快速发展,Yb3+离子掺杂的激光晶体与陶瓷在超快激光输出性能上的优势日益凸显。以LD作为泵浦源,利用Yb3+离子掺杂的不同晶体与陶瓷作为激光增益介质的超快激光方面研究已成为目前热点研究领域。激光锁模技术是目前获得超快激光的主要途径。其中,半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM)由于具有设计灵活、易自启动、系统稳定等诸多优点,使得SESAM已成为产生超快激光的常用锁模器件之一。本文主要采用SESAM作为锁模元件,分别对以稀土Yb3+离子作为掺杂的硅酸盐晶体Yb:GYSO、Yb:YSO,以及石榴石结构Yb:YAG陶瓷、Yb:CaGdA1O4晶体超快激光特性开展了系统研究,以期拓展产生近红外波段高性能固体超快激光的有效途径。主要研究内容如下:1.首先对固体超快激光的特点、应用领域及发展历程进行了综述归纳,详细地描述了常用主动和被动锁模技术的原理,特别是对SESAM锁模技术的锁模物理运行机制进行了系统介绍。其次,针对稳定锁模激光谐振腔结构进行了设计,并介绍了超快激光常用的色散补偿技术。最后,总结分析了掺杂Yb3+离子激光陶瓷与晶体的共同优点与其之间的差异。2..以SESAM作为锁模元件,分别对Yb3+离子掺杂硅酸盐激光晶体Yb:GYSO和Yb:YSO的飞秒超快激光特性进行了对比研究,分析了 Yb:GYSO、Yb:YSO晶体孤子锁模(Soliton Mode Locking,SML)运转下的非线性效应。3.以SESAM作为锁模元件,采用Yb3+离子掺杂石榴石结构Yb:YAG陶瓷和Yb:CaGdA104晶体分别实现了锁模激光运转,并分别研究分析了超快激光特性。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  •   1.1 固体飞秒超快激光简介
  •     1.1.1 飞秒超快激光特点
  •     1.1.2 飞秒超快激光应用
  •   1.2 超快激光研究进展
  •   1.3 掺镱激光晶体及陶瓷
  •   1.4 本文研究内容
  • 第二章 超快激光原理及技术
  •   2.1 锁模激光原理
  •   2.2 主动锁模技术
  •     2.2.1 振幅(AM)调制锁模技术
  •     2.2.2 相位(PM)调制锁模技术
  •   2.3 被动锁模技术
  •     2.3.1 被动锁模脉冲激光产生物理机制
  •     2.3.2 锁模脉冲激光稳定运转条件
  •     2.3.3 SESAM锁模激光原理
  •   2.4 色散补偿技术
  •     2.4.1 GTI镜色散补偿技术
  •     2.4.2 啁啾镜色散补偿技术
  •     2.4.3 棱镜对色散补偿技术
  •     2.4.4 光栅对色散补偿技术
  •   2.5 飞秒激光谐振腔设计
  •   2.6 自相关法脉宽测量技术
  • 第三章 掺镱硅酸盐晶体飞秒激光特性研究
  •   3.1 Yb:GYSO激光晶体飞秒激光特性研究
  •     3.1.1 Yb:GYSO晶体性质及研究进展
  •     3.1.2 Yb:GYSO晶体飞秒激光特性研究
  •     3.1.3 Yb:GYSO晶体非线性折射率系数分析
  •   3.2 Yb:YSO激光晶体飞秒激光特性研究
  •     3.2.1 Yb:YSO晶体性质及研究进展
  •     3.2.2 Yb:YSO晶体飞秒激光特性研究
  •     3.2.3 Yb:YSO晶体非线性折射率系数分析
  •   3.3 本章小结
  • 第四章 掺镱石榴石陶瓷及晶体超快激光特性研究
  •   4.1 Yb:YAG激光陶瓷超快激光特性研究
  •     4.1.1 Yb:YAG陶瓷性质及研究进展
  •     4.1.2 Yb:YAG陶瓷超快激光特性研究
  • 4激光晶体超快激光特性研究'>  4.2 Yb:CaGdAlO4激光晶体超快激光特性研究
  • 4晶体性质及研究进展'>    4.2.1 Yb:CaGdAlO4晶体性质及研究进展
  • 4晶体超快激光特性研究'>    4.2.2 YbCaGdAlO4晶体超快激光特性研究
  •   4.3 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间参加的研究项目、获得的奖励及发表的论文
  • 学位论文评阅及答辩情况表
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王燕档

    导师: 杨克建

    关键词: 超快激光,锁模技术,硅酸盐晶体,石榴石晶体,激光陶瓷

    来源: 山东大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 山东大学

    分类号: TN24

    总页数: 82

    文件大小: 6450K

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