新型全固态激光器及皮秒激光放大的实验研究

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1、@博士学位论文瓤型全固盔邀迸墨厘鏖挖邈监越太殴塞殓班塞作者姓名：三废指导教师：魏盍墓班鑫屋生国越堂院物理班宜匮学位类别：理堂监±学科专业：监堂研咒所：生重叠堂医堑堡班密压2013年5月NovelAUSolid．stateLasersandByQingwangADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfhl伽mentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceInstituteofPhysics，ChineseAcademyofScie

2、ncesMay，2013摘要摘要高峰值功率的超短脉冲激光器在工业、军事、医学及科研等领域具有广泛的应用，同时大量实际应用也对超快激光振荡器以及超快激光放大器提出了更高的要求。针对这一背景，本文重点开展了采用新型超快激光介质(如掺钕无序激光晶体)和新型可饱和吸收体的超快激光实验研究以及具有大能量、高重复频率、高光束质量、高稳定性皮秒激光放大研究。论文的主要内容与创新体现在以下几个方面：1、论述了掺钕无序激光晶体的宽光谱特性。掺镱的激光介质由于量子亏损小、激光效率高、光谱宽等特性，被广泛的应用于超快激光的产生，让人感到不足的是其能级跃迁仅限于1．0肛m附近。相比较之下，掺钕的激光晶体

3、具有2F3，2．419，2(0．9¨m)、2F3，2．4Ill／2(1．0pm)和2F3，2．4113／2(1．3pm)三个常用跃迂能级。并且掺钕无序晶体的无序结构导致了光谱的非均匀加宽，足以支持其在0．9岬、1．06岬和1．3岬处实现飞秒量级的锁模激光运转。基于此，本文也开展了掺钕的无序晶体应用于超快激光领域的相关研究；2、利用无序晶体Nd：LGS的宽光谱特性首次在掺钕介质的准三能级上实现了连续可调谐激光输出。在激光二极管(LD)泵滴下实现了403mW的连续激光输出，其中心波长在904啪，调谐范围从899．8衄到906．6衄。相关结果己发表在Opt．Lett．36，1770一1

4、772(2011)上；3、分别在无序晶体Nd：LGs、Nd：CGB、Nd：cLB、Nd：SYB上实现了调谐范围为51．4nm、45nm、54．1nm和48．2nm的连续可调谐激光输出，上述结果皆比己公开报道的掺钕晶体中获得的最宽连续可调谐范围要宽。通过SESAM启动锁模并利用棱镜对进行色散补偿，我们在Nd：LGS激光上分别获得了中心波长在1067nm和1084啪，脉冲宽度分别为335fS和278fS的锁模激光输出，这是目前己报道的掺钕晶体中获得的最短锁模脉冲激光输出，相关工作结果已被2013年CLEOPacific硒m国际会议接收，并己投稿0pt．Lett．；4、利用在6H—Si

5、C衬底上生长的石墨烯作为可饱和吸收体，分别实现了波长为1．06“m(Nd．YV04)、1．64斗m(Er：YAG)和2．01肚m(Tm：YAG)的稳定调Q激光运转。其l摘要中在1．64岬和2．01舯处利用石墨烯可饱和吸收体实现的调Q激光输出属于国际首例，同时证实了石墨烯可饱和吸收体的宽带可饱和吸收特性，相关结果已分别发表在Opt．Lett．37，395-397(2012)和Opt．Lett．37，632—634(2012)上；5、自主设计并研制了单脉冲能量大于5mJ、重复频率为1kHz、脉冲宽度小于20ps、光束质量因子M2小于2、平均功率不稳定度小于2％的532nm皮秒激光放大

6、器原理样机和产品样机各一台，其相关指标通过了第三方检测单位中国计量院的检测，并根据863项目的要求，己成功提交项目用户单位使用。该样机的完成为后续皮秒激光放大器的产业化提供了重要的依据。针对上述的研究成果，己申请了三项国家发明专利(201210359284．4，201210360026．8和201210359661．4)。关键{同：全固态激光，无序晶体，可调谐激光，再生放大器，石墨烯AbstractAlwaysmoVillgforwardbotllinlaserperfornl锄ceaIldmaterialinnoVationoftheultrashortpulselaSersw

7、ithhighpeakpowerissigIli丘cantimportanttomeetthechallengesofincreaseddemandsfromindustrial，military，medicalandother6elds．Thus，thispaperbrienyreportcdourstudyontheultrafastlaserwithnewmedium(suchasNd-dopeddisordered1asercrystals)，newsaturableab