紫外光梳驱动源的研究.doc

紫外光梳驱动源的研究【摘要】：基于飞秒激光的光学频率梳在精密测量和超快科学的发展方面起到了至关重要的作用。将光学频率梳拓展到紫外与极紫外波段,不仅会带来精密光谱学研究上的革命,而且将开辟各学科领域中高新科技发展的新时代。目前,国际上正在竞相开展紫外与极紫外光学频率梳研制的探索研究,本学位论文的主要工作包括开展了对时频域精密控制的周期量级极端超短紫外光梳驱动源的理论和实验研究。为获得单脉冲能量高且脉冲重复频率高的飞秒脉冲,本论文研究在新型飞秒激光及其放大、同步精密控制方面发展了一系列新技术。在飞秒激光振荡器的研制方面:在国际上首次实现了基于Yb:GSO晶体超短脉冲的输出,其脉宽达到343fs,同时实现了脉宽可调(1-100ps)的超短脉冲;在放大器的研制方面:基于Yb离子双包层光纤放大技术,获得了重复频率高达100MHz、平均输出功率超过10W的飞秒脉冲放大;在同步精密控制方面:发展了不同超短激光同步锁定的新机制和创新技术,基于交叉相位调制诱导偏振态偏转,实验实现了Yb:GSO飞秒激光与掺铒光纤飞秒激光的精确同步锁定,激光谐振腔可容忍的失匹范围长达14mm,比以往所的报道的最好结果高两个数量级。特别是,实验实现了飞秒脉冲与皮秒甚至纳秒脉冲的高精度同步锁定,为载波位相稳定的飞秒脉冲的光学啁啾参量放大提供新途径。本学位论文主要成果可概括如下:1.完成了采用半导体激光二极管泵浦的基于新型掺镱激光晶体的1m波段小型化超快超短激光振荡器的研制,其中紧凑型激光振荡器的研究涉及了关键单元创新技术的研究与发展,主要包括:1)成功地实现了具有较大能级劈裂的新型掺镱正硅酸盐激光晶体Yb:GSO的低阈值高效激光输出;实现了激光阈值仅为127mW、斜效率86%的较好实验结果。此斜效率为掺镱正硅酸盐晶体到目前为止所获得的最大值。2)采用具有较大色散量的腔内色散元件SF14布儒斯特棱镜,成功地获得了Yb:GSO激光晶体的光滑、连续的调谐曲线,得到了波长从1009nm到1112nm,带宽大于97nm的调谐激光输出。3)成功地实现了采用具有很好的机械性能的Yb:GYSO混晶在1083nm波段大功率的连续激光输出,这可以应用在度量衡学方面作为He3和He4内部的超精细跃迁的光泵浦源;实现了Yb:GYSO连续激光器的最大输出功率达到7.5W,最高斜效率为79%。4)成功实现了广泛应用在非线性频率合成、荧光激发和医用仪器等方面的Yb:GYSO多波长激光器,实现了发生在1041nm1043nm,1048nm1052nm,1056nm1063nm和1080nm1089nm几个波段的双波长、三波长和四波长激光振荡。5)成功获得了斜效率高达96%的混晶Yb:LYSO晶体连续激光输出,其连续调谐范围为1014.4nm1091.7nm,调谐范围大于77nm。6)成功实现了Yb:GSO激光晶体连续锁模激光运转,选用棱镜对激光腔内的群速度色散进行补偿,在国际上首次实现了基于Yb:GSO激光晶体连续锁模激光运转的中心波长为1031nm,脉冲宽度为343fs的紧凑飞秒激光振荡器。2.完成了高重复频率、短脉冲种子光放大器的研制,成功解决了提高耦合效率、抑制寄生振荡等技术难题,研究内容包括:1)实现采用掺镱双包层光纤连续放大器的输出功率达12W,斜效率57%。实现了双包层光纤飞秒放大器的输出功率达10W,斜效率72%,光-光转换效率为42%。2)对适合大能量激光系统放大器的具有较低烧结温度的新型掺镱多晶陶瓷Yb:Y_(1.9)La_(0.1)O_3的激光性能进行了探索,成功获得了最大输出功率为2.0W的连续激光输出,调谐范围从1018nm到1086nm,连续调谐范围宽达68nm的调谐激光输出。并首次实现了掺镱多晶陶瓷Yb:Y_(1.9)La_(0.1)O_3的皮秒激光输出。3.成功解决了在紫外光梳驱动系统中,非共线宽带OPCPA泵浦激光脉冲与信号光脉冲之间精确同步的关键难题,发展了与国际同类研究不同的新方案:将Yb:GSO飞秒激光器和掺铒光纤激光器通过交叉相位调制引入的非线性偏振旋转效应同步在一起,从而激光谐振腔可容忍的失匹范围长达14mm,比以往所的报道的最好结果高两个数量级;另外还实现了Ti:S激光器利用光纤中传输的非线性偏振旋转和光克尔效应同步控制掺镱锁模环形激光器。【关键词】：超强超短激光LD泵浦全固态掺Yb晶体激光器时间同步【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2008【分类号】：TN248【目录】：摘要6-8Abstract8-13第一章综述13-231.1研究背景13-181.1.1紫外飞秒光学频率梳14-171.1.2几种放大技术的比较17-181.2半导体激光二极管泵浦掺镱晶体激光器的发展简介18-201.3本论文的结构20-23第二章半导体激光二极管泵浦掺镱晶体连续激光运转的研究23-472.1半导体激光二极管泵浦的连续YbGd_2SiO_5激光器的研制23-302.1.1稀土正硅酸盐YbGSO晶体的光谱性能简介23-252.1.2半导体激光二极管泵浦高效、低阈值的YbGd_2SiO_5激光器的研制25-272.1.3半导体激光二极管泵浦的YbGd_2SiO_5宽调谐激光器的研制27-302.2半导体激光二极管泵浦新型高效YbGYSO激光器的研制30-432.2.1YbGYSO晶体的光谱性能简介30-312.2.2半导体激光二极管泵浦新型YbGYSO连续激光器31-342.2.3半导体激光二极管泵浦的YbGYSO多波长激光器34-432.3半导体激光二极管泵浦新型高效、调谐YbLYGO激光器的研制43-472.3.1正硅酸盐YbLYSO晶体结构和光谱性能43-442.3.2半导体激光二极管泵浦新型高效、调谐YbLYSO激光器的研制44-47第三章半导体激光二极管泵浦掺镱晶体脉冲激光运转的研究47-833.1半导体激光二极管泵浦掺镱晶体自脉冲激光器的研制47-493.2半导体激光二极管泵浦掺镱晶体连续锁模激光运转的研究49-693.2.1关于锁模的概述49-513.2.2克尔透镜锁模简介51-533.2.3半导体可饱和吸收镜的原理简介53-573.2.4色散简介57-593.2.5半导体激光二极管泵浦的YbGSO连续锁模激光器的研制59-693.3半导体激光二极管泵浦的紧凑型YbGSO飞秒激光器69-743.4谐波锁模与多脉冲分裂74-833.4.1基于半导体激光二极管泵浦YbGSO谐波锁模激光器的研制74-793.4.2基于半导体激光二极管泵浦YbGYSO多脉冲锁模激光器79-83第四章高重复频率放大器的研究83-954.1高功率掺镱双包层光纤放大器83-864.2高功率掺镱双包层光纤飞秒脉冲放大器的研制86-874.3可用于大功率高效放大系统的固体激光材料多晶陶瓷87-954.3.1激光二级管泵浦的YbY_(1.9)La_(0.1)O_3陶瓷连续激光器的研制87-914.3.2半导体激光二极管泵浦YbY_(1.9)La_(0.1)O_3陶瓷被动锁模激光器的研制91-95第五章激光器同步锁定的研究95-1115.1全光控激光同步的概述95-975.2飞秒、皮秒、纳秒和飞秒