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《中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)》 2002年
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频率分辨光学快门的理论研究和LD泵浦Cr:LiSAF蓝光激光器的研究

龙井华  
【摘要】: 二十世纪八十年代,超短脉冲激光技术开始了迅猛的发展,不仅将人类认识自然界的时间分辨能力提高到了飞秒量级,而且又开拓了激光技术新型的研究和应用领域。超短脉冲激光技术的发展不仅取决于激光技术本身的积累性发展,同时还得益于测量技术的改进和新方法的产生。这是因为脉冲特征参数的准确测量是脉冲产生理论研究的要求,而且在众多应用研究中,需要不同特性的脉冲,或者直接利用脉冲的特征参数的测量获得所需要的结果。随着脉冲宽度接近单周期,甚至向阿秒接近,脉冲的准确测量成为解决问题的关键因素之一。最为广泛应用的是二次谐波自相关法,它能够提供脉冲宽度的粗略估计和很少的相位信息。对于更多接近光学周期的复杂脉冲,这种方法已经不能满足实际要求。实验人员所期望的是能够实时测量脉冲的全部特征参数的技术。频率分辨光学快门技术利用各种瞬时响应的非线性光学效应,测量脉冲的时频联合分布图,结合图像处理技术中成熟的相位恢复算法,能够对各种波长范围、能量和宽度的脉冲实现强度和相位的完全测量。发展高效、快速的相位恢复算法是实现实时测量的基础。SHG-FROG将FROG技术的优势和成熟简单的SHG自相关技术相结合,成为测量小于10fs激光脉冲的标准方法之一。本文对频率分辨光学快门技术中相位恢复算法进行了研究,并对SHG-FROG测量近单周期脉冲中频率效应进行了数值模拟研究,为建立SHG-FROG测量系统提供了理论依据。 激光二极管(LD)泵浦的固体激光器是激光技术发展的一个方向,全固化蓝光激光器由于波长短、转换效率和可靠性高等优点,可以广泛应用于激光致冷、激光显示、高密度存储和光谱学等领域。经过优化LD纵向泵浦的模式匹配,LD泵浦Cr∶LiSAF激光器获得了准连续输出,采用LBO晶体经腔内倍频,获得了稳定的蓝光输出。 论文第一章概要介绍超短光脉冲发展的近况和对脉冲测量的必要性,介绍了传统SHG自相关测量方法,主要阐述FROG技术的测量特点,以及FROG技术和脉冲测量相关领域的进展。 第二章讨论与超短光脉冲测量相关的基本知识。完整定义了脉冲在时域和频域的表示方法、脉冲的强度和相位的表示,特别是分析了这些概念物理有效的范围, 这对于测量单周期脉冲提供了理论支持。分析了超短光脉冲的空间惆嗽效应和传输 中的色散效应。克尔透镜锁模钛宝石激光器是典型的飞秒超短脉冲激光器,因此也 分析了克尔透镜锁模激光脉冲产生的原理。 在第三章,主要工作是用时频分析理论对频率分辨光学快门以及R 图的边 缘作出解释,这在以前还未有报道;采用矩阵向量外积的变换建立了理想的(无噪 音)PG于 和SHG干 频谱图,其中PG干 图的建立也未见报道。本章还分析 了SHG自相关方法的原理,及其在测量脉宽和相位方面的局限性。介绍了R 的 基本光束几何。对数值模拟的FROG图进行分析,发现它能直观表现脉冲的有关特 征。这为直观实时测量提供了依据。 在第四章,采用向量矩阵的外积变换和奇异值分解的若干性质建立了SHG干 测量脉冲的相位恢复算法。快速算法的建立是实现脉冲实时测量的关键。用该算法 从无噪音的SHG干 图中完成了各种常见类型超短脉冲的强度和相位分布,获得 了理想的叩 误差。 在第五章,首次采用数值模拟的方法分析了SHG-FROG测量接近光学振荡周期 脉冲的各种频率依赖的效应,包括非线性晶体的有限相位匹配带宽、基波模式、二 阶极化和探测器响应,以及非常光折射率的频率依赖效应。频率边缘检测是分析上 述效应的方法,这种分析为SHG-FROG测量数据消除系统误差提供了有效的依据。 在第六章,实验研究了LD泵浦Cr:LISAF激光器的准连续运转,在国内首次采 用L8o晶体实现全固体C::MSAF激光腔内倍频蓝光输出。m纵向泵浦固体激光器 由于受LD的高度非衍射极限输出所限,需要特别考虑在短的吸收长度上保证泵浦 光和激光的模式匹配。分析了LD纵向泵浦固体激光器的模式匹配,计算了像散腔 模式大小,分析了内腔倍频理论。准连续运转是平均输出功率 32 mw,斜效率 5.6%; 采用旧 晶体的第I类相位匹配,腔内倍频激光获得430urn的蓝光输出。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TN248.1

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