二极管泵浦掺铥单晶光纤2μm激光特性研究

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2μm激光位于“人眼安全”波段,处于大气窗口和电磁波谱的“分子指纹”区域,在科学研究、军事、医疗、材料加工等方面有着重要的应用。激光增益介质作为激光器的重要组成元件,决定了激光器输出的功率和效率。“一代材料,一代器件”,2μm新材料的出现给激光技术及器件的研究带来了新机遇,对新材料激光特性的研究是激光领域永恒不变的主题之一。单晶光纤作为一种新型激光增益材料,它结合了传统块状晶体和玻璃光纤的优势,在实现大功率、高能量激光器方面有重要的发展潜力。本论文把激光技术和晶体物理相结合,以高效的激光二极管(LD)作为泵浦源,对Tm3+掺杂SrF2单晶光纤的激光特性进行了全面的理论和实验研究,主要内容如下:1.综述了2μm波段激光的应用及产生方法;阐述了单晶光纤作为新型激光材料的优势与研究意义;调研了Tm3+掺杂单晶光纤的研究进展;介绍了调Q和锁模技术的原理。2.LD泵浦Tm:SrF2单晶光纤连续激光特性研究。对不同参数的系列单晶光纤连续激光特性进行研究,获得高效的2μm激光输出,最大输出功率可达4.082 W,激光斜效率为81.8%。3.LD泵浦Tm:SrF2单晶光纤短脉冲激光特性研究。成功制备了石墨炔可饱和吸收调制器件,并对其非线性光学特性进行了表征。将该调制器件用于Tm:SrF2单晶光纤激光器中,获得了中心波长在1915 nm和1925 nm的双波长被动调Q激光运转。和被动调Q技术相比,声光调Q技术具有频率可控和易产生高能量、窄脉宽激光的优势。在重复频率为500 Hz时,实现了1.32 mJ高能量声光调Q激光输出,最窄脉冲宽度为51 ns,最大峰值功率为25.85 kW。4.LD泵浦Tm:SrF2单晶光纤的超短脉冲激光特性研究。研究了Tm:SrF2单晶光纤的调谐激光特性,获得了175 nm宽的调谐范围,这表明Tm:SrF2单晶光纤具有产生超短脉冲激光的潜力。通过Mathcad软件模拟设计了锁模激光谐振腔,并对Tm:SrF2单晶光纤进行了锁模激光实验研究,用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为调制器件,获得了稳定的调Q锁模激光运转,重复频率为71.03 MHz。
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