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光子晶体光纤超连续谱与激光器和Nd:GdVO_4激光器的研究

阮双琛  
【摘要】:光子晶体光纤(PCF)具有可控的零色散点波长和高的非线性系数,被广泛用于非线性光学方面。而其大模面积和无截止单模的设计,有效地克服了常规光纤的缺陷,可显著改善光纤激光器的某些性能。因此,研究PCF产生超连续谱及PCF激光器,具有重要的学术价值和实际应用价值。作为一种比较新型的激光晶体,Nd:GdVO4晶体除了具有Nd:YVO4晶体的优点之外,它的热导率也稍高于Nd:YAG晶体,被认为是一种在高功率全固态激光器领域很有发展前景的激光晶体。本论文的主要内容及创新点概括如下: 对光子晶体的概念、原理、特性、分类、制备方法、计算方法、应用和前景进行了比较系统的综述;简要介绍了光子晶体光纤的特点、种类、制作方法、研究现状及其潜在应用价值。 采用光参量放大器泵浦2.5米保偏PCF获得了超过两个倍频程(300 nm-1350 nm)的超连续谱,在1.5 (m -1.8 (m范围内也观察到了弱的光谱峰,OH离子的吸收造成了在1.4 (m左右的光谱凹陷; 采用锁模钛宝石飞秒激光器泵浦2米非线性PCF获得了谱宽为390 nm-1370 nm的超连续谱。在800 mW的输入功率下得到了超连续谱的输出功率为60 mW; 采用钛宝石放大器泵浦保偏PCF得到了谱宽为380 nm-1750 nm的超连续谱,带宽超过了两个倍频程。 利用22W大功率LD阵列泵浦30 m掺Yb3+双包层D型光纤,获得了8.6 W的1.09 (m激光输出;采用22W多模大功率LD泵浦5 m掺Yb3+高浓度双包层D型多模光纤,获得了功率为7.2 W的1.07 (m激光输出; 成功获得了65 mW的1.03 (m掺镱双包层大模面积PCF激光器;采用多模大功率980 nm半导体激光器泵浦20 m长的掺Yb3+双包层PCF, 实现了最大输出功率为15 W的1.09 μm激光输出。 从增益介质中饱和光强的微分方程出发,理论上推导出了基频光输出功率、阈值泵浦功率和斜效率的表达式,研究和分析了最佳激光晶体长度和输出镜透过率。 对Nd:YVO4和Nd:GdVO4晶体室温下的吸收光谱和近红外区荧光谱进行了测试比较;首次初步研究了Nd:GdVO4晶体在70W单端泵浦功率下的1.34 (m激光输出性能,获得了最大输出功率为16 W的连续波1.34(m激光,这是目前为止利用该晶体所获得的最大功率1.34 (m激光,从而在实验上验证了Nd:GdVO4晶体在高功率端面泵浦条件下非常优秀的导热性能和激光性能。


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