基于全固态皮秒激光器的腔倒空技术研究

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1、中国科学院上海光学精密机械研究所硕士学位论文2013年5月29日坠垒璺竺亟Q望卫i￡Q兰宝￡Q坠亟坠￡墨量坠ByXiangFuADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofOpticalEngineeringShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanicsMay,2013独创性声明．本人声明所呈的

2、学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院上海光学精密机械研究所或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究工作所做的任何贡献，均己在论文中做了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期渺∥月多日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国科学院上海光学精密机械研究所有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文件，

3、允许论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院上海光学精密机械研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)黧荔≥影移签字日期必移年∥月多日学位论文作者毕业去向：工作单位：——通信地址：指导教签字日电子邮件地址：电话：邮编：基于全固态皮秒激光器的腔倒空技术研究／付翔基于全固态皮秒激光器的腔倒空技术研究付翔导师：梁晓燕研究员摘要随着科技日新月异地发展，激光在人民生活、国防安全和科学研究中都发挥着无法替代的重要作用。从上世

4、纪80年代开始，半导体激光技术迅猛发展。许多不同种类、性能优良的半导体激光器的相继面世，极大促进了以此为泵浦的全固态激光器(DPSSL)的发展。全固态激光器集半导体激光器和固体激光器的优势于一身，具有长寿命、高效率、光束质量好、高可靠性和多样的运转模式等优点，已经成为激光器发展中最具前景的方向之一。如今，高功率、高单脉冲能量的全固态激光器被广泛使用在工业、医疗和科研等许多领域，涵盖微加工、激光打标、激光手术、组织操纵、非线性频率转换和超快激光光谱等众多方面。为了能够获得高能量的激光输出，人们提出了腔倒空技术。它能够在

5、不增加激光器的复杂度，仅通过在腔内插入倒空模块的情况下实现高能量的脉冲输出。正因为它结构简单且效果显著，腔倒空技术在超快激光器设计中，特别是皮秒、飞秒激光器的设计中，经常被使用。本论文以研究Nd：YV04的全固态振荡器为基础，尝试使用腔倒空技术和MPC结构来提高全固态激光器的输出功率、紧凑全固态激光装置的结构。所做工作主要包含以下几个方面：1．设计并搭建了最高输出功率为12．1W、重复率为64MHz、脉宽为16ps的高功率Nd：YVO。全固态皮秒激光振荡器。采用带内泵浦方式，使用中心波长为880nm的半导体激光器作为

6、泵浦源，有效地减小Nd：YVO。晶体的热效应。以半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模器件进行锁模。在泵浦功率为26．4W的条件下，获得了12．1W的锁模脉冲输出，对应45．8％的光．光转换效率和61．2％的斜效率。输出激光的光束质量良好，在两个正交方向上的M2因子均不大于1．09。相比同类型的皮秒振荡器，该激光器具有较高的输出功率。2．设计了一个单程附加光程为4．5m、保Q效果良好的两镜腔结构MPC。在了解MPC的原理之后，利用Matlab编写了MPC的模拟程序。本程序建立了两种对光线进行追迹的算法，一种是将文章

7、中介绍的MPC中光线离轴传输路径的理论进行代码化，另一种是对光线利用基本几何光学定律逐步追迹。通过比较两种算法得到的MPC腔镜上光斑分布模拟图，了解了两种算法的差异并指出离轴传输理论算法上的缺陷。通过对Herriott型多通腔(MPC)结构进行理论研究和程序设计后搭建了一个MPC，并将该MPC应用到之前实验所设计的Nd：YV04晶体全固态皮秒激光器中，使该激光器的输出脉冲重复率由64MHz降到22MHz。虽然使用MPC后，激光器的最大输出功率从12．1W降至10．5w，但是单中科院上海光学精密机械研究所硕士毕业论文／

8、2013年脉冲能量却从0．19U提高到了0．48U。3．设计并实现了含有MPC结构的腔倒空式振荡器，获得脉冲宽度为14ps、单脉冲能量为3u且光斑质量良好的倒空脉冲输出。对上述第2点中含有MPC的Nd：YV04全固态皮秒振荡器使用腔倒空技术。通过在该腔中插入偏振片和使用RTP晶体的普克尔斯盒(PC)形成的腔倒空结构，搭建出利用MPC的腔倒空式振