新型2 μm波段Tm3+掺杂固体激光特性研究

论文摘要

2 μm激光位于人眼安全波段,在很多领域的应用中具有独特优势,比如激光雷达和自由空间光通讯等。同时,2 μm波段激光又处于众多分子的指纹图谱区域,在气体检测方面也具有重要的应用。此外,2 μm波段激光还可作为中远红外激光器和光参量振荡器的泵浦源。因此获得性能优良的2 μm激光辐射具有重要的应用价值和科学研究意义。相比光纤激光器,以晶体材料为增益介质的固体激光器具有较弱的非线性光学效应和较高的光束质量,在产生大能量、短脉宽的高峰值功率激光方面具有独特的优势,受到科研工作者的广泛关注。本论文围绕获得高性能Tm3+掺杂2 μm固体激光,研究了新型Tm3+掺杂激光晶体的连续波和波长调谐激光特性;利用声光调制器研究了Tm3+掺杂晶体的主动调Q激光特性;制备了过渡金属硫化物、拓扑绝缘体和纳米颗粒几种新型低维纳米饱和吸收体,研究了它们的宽光谱吸收特性、2 μm波段非线性饱和吸收光学性质以及光调制脉冲激光调制特性;利用半导体量子阱结构SESAM对Tm3+掺杂晶体锁模超快激光特性进行了研究。本文具体研究内容总结如下:1.研究了新型Tm,Y:CaF2和Tm:YSO晶体的连续波和波长调谐激光运转特性。测量表征了Tm,Y:CaF2晶体的吸收和发射光谱,实现了LD泵浦Tm,Y:CaF2晶体453 mW的连续激光功率输出,利用双折射石英片作为波长可调谐元件,获得了 190 nm的波长调谐范围。利用LD泵浦Tm:YSO晶体获得了 1.26 W的连续激光功率输出,波长调谐范围为126 nm,并获得了多波长激光运转。2.利用声光调制器作为调制元件,研究了 LD泵浦Tm,Y:CaF2和Tm:Lu2O3晶体主动调Q激光特性。实现了 LD泵浦Tm,Y:CaF2晶体主动调Q 1 kHz-10 kHz重复频率范围内的脉冲激光运转,在1 kHz调制频率下获得了脉宽280 ns、脉冲能量335 μJ、峰值功率1.19 kW的脉冲激光输出。实现了LD泵浦Tm:Lu2O3晶体在重复频率1 kHz时脉宽92 ns、峰值功率6.5 kW的主动调Q脉冲激光输出。结果表明,相比于Tm,Y:CaF2晶体,Tm:Lu2O3晶体更适合于在主动调Q运转状态下产生窄脉宽和高峰值功率的2 μm激光脉冲。3.研究了几种2 μm波段新型低维纳米结构饱和吸收体光学性质及激光应用。利用超声辅助液相剥离方法以粉末为原料制备了 MoSe2和Bi2Te3纳米结构饱和吸收体,研究了其宽光谱吸收特性和2 μm波段非线性饱和吸收光学性质,并用于实现LD泵浦Tm:LuAG晶体被动调Q激光运转,获得了脉宽几百ns、脉冲能量几十μJ的调Q激光脉冲输出。以四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒为原材料,制备了 Fe304纳米颗粒饱和吸收体,研究了其宽光谱吸收特性和2 μm波段非线性饱和吸收光学性质,并用于实现LD泵浦Tm:LuAG晶体被动调Q运转,获得了脉冲宽度600 ns,重复频率94 kHz的调Q激光脉冲输出。制备了基于硅纳米颗粒的饱和吸收体,并用于实现LD泵浦Tm:YAP晶体的被动调Q运转,获得了脉宽453 ns,重复频率115 kHz的调Q激光脉冲输出。4.研究了 LD泵浦Tm:Lu2O3和Tm:YAP晶体SESAM连续波锁模激光特性。首次实现了 LD泵浦Tm:Lu2O3晶体1942 nm增益峰处的连续波锁模激光运转,获得的锁模激光脉冲脉宽为3.6 ps,平均输出功率为119 mW。利用另一具有不同非饱和吸收损耗的SESAM还实现了T Tm:Lu2O3晶体在1967 nm处的连续波锁模激光运转,获得了脉宽4.6 ps、平均功率181 mW的锁模激光脉冲输出。实现了 LD泵浦Tm:YAP晶体的双波长连续波锁模激光运转,获得了频率为0.258 THz、脉宽度为2 ps的拍频信号。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘新阳

导师: 杨克建

关键词: 激光,掺杂固体激光,波长调谐,锁模,低维纳米结构,饱和吸收,超快激光

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: 102

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标签：激光论文;  掺杂固体激光论文;  波长调谐论文;  锁模论文;  低维纳米结构论文;  饱和吸收论文;  超快激光论文;