两微米脉冲光纤激光器及激光直写镍掺杂氟氧玻璃陶瓷波导器件研究

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自20世纪六十年代以来,激光的发展日新月异,其应用的领域已经涉及到了人类社会的方方面面。而近红外波段在加工、医疗、军事等方面的应用极其广泛,因此关于该波段激光的研究就具有很重要的意义,本论文致力于两微米脉冲光纤激光器的研究以及飞秒激光直写近红外光波导器件的应用。其中包括利用钨钼掺杂的过渡金属硫化物合金材料产生2μm的调Q激光、采用1568 nm连续激光在激光直写的新型镍掺杂氟氧玻璃陶瓷波导和分束器中传输并测试其传输特性,以及采用块状镍掺杂氟氧玻璃陶瓷作为增益介质进行1.7μm激光输出的尝试研究。其主要工作包括如下:1.在掺铥全光纤结构振荡器中,我们使用793 nm二极管激光作为泵浦激光,采用钨钼掺杂的金属硫化物合金材料作为可饱和吸收体进行实验,最终泵浦功率在2.17W的条件下实现了稳定的调Q脉冲输出,其中心波长为2027 nm,并且通过测量和计算得出,随着泵浦功率的变化,重复频率变化范围为11.9 kHz到15.7 kHz,单脉冲能量相应的由278 nJ增大到507 nJ,脉冲宽度由17.1μs减小到11.7μs,其最大输出功率为7.4 mW。2.利用飞秒激光在KZnF3:Ni2+氟氧玻璃陶瓷材料中刻写的波导,测试波长为1568 nm的连续激光在该材料波导中的传输特性。发现在100μm/s的扫描速率、2.2μJ的单脉冲能量下刻写的波导的传输损耗最低,为1.68 dB/cm,并采用数值孔径法得到该波导的折射率改变量为?n=8.8×10-4。3.采用波长为1568 nm的连续激光在飞秒激光刻写的KZnF3:Ni2+氟氧玻璃陶瓷分束器中传输并测量其传输特性,分束器采用单线型波导结构,并且刻写分束器的飞秒激光单脉冲能量为2.2μJ,当刻写角度为1°、2°、3°时,Y型分束器结构相应的总损耗分别为2.79 dB、4.84 dB、8.58 dB,其对应的输出端分束比为0.5:0.5、0.49:0.51、0.47:0.53。4.采用BPM软件进行氟氧玻璃陶瓷中分束器传输的简单仿真模拟,仿真过程中仍然采用1568 nm连续激光作为测试激光。在仿真结果中发现,随着Y型分束器分束角的增大,分束器两个分支输出的激光的功率占比越小,两个分支之间损失的激光能量越来越大,即角度越大的时候,分束器输出功率和输入功率的比值越小,损耗越大,但是在仿真过程中也发现,当分束器的角度值小到一定程度后,分束器两个分支导出的光会相互发生串扰现象,此时,分束器的功能将不能正常使用。5.开展了基于平凹稳定腔结构的固体激光器实验研究,采用KZnF3:Ni2+氟氧玻璃陶瓷材料作为增益介质。实验过程中,使用405 nm的激光作为泵浦源,采用双色镜和凹面OC组成平凹腔,KZnF3:Ni2+氟氧玻璃陶瓷块状材料则在双色镜和凹面OC之间作为增益介质。实验最终没有得到预期的1.7μm的激光,因为最终发现实验过程中该材料的损伤阈值低于其出光阈值,导致材料在出光之前被聚焦的高能量激光打坏。
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