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超短脉冲激光器的实验及理论研究

宋丽军  
【摘要】:本文主要针对超短脉冲激光器系统,分别从实验上和理论上对超短脉冲的产生及演变做了较为详细的研究。根据ABCD矩阵规律,对激光器的稳定工作区域及克尔透镜锁模强度进行数值计算,并完成对激光器最佳像散补偿角的确定和有利于锁模产生的最佳腔参数的选择。实验上,我们采用Cr~(4+):YAG晶体作为激光增益介质,对连续可调谐及克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器的工作特性做了较为细致深入的研究,并给出了一些有价值的结果。另外在理论方面,采用修正的高阶复系数Ginzburg-Landau方程作为超短脉冲激光器系统的理论研究模型,对激光器中超短脉冲的演变及稳定性进行数值模拟,并给出了稳定解以及它们存在的参数限制条件。最后,针对五次复系数Ginzburg-Landau方程几种特殊孤波解,简要地研究了三阶色散对这些孤波传输的影响以及它们的相邻相互作用及其抑制。 本文主要内容及结果如下: 1) 利用ABCD矩阵法对Cr~(4+):YAG激光器的谐振腔进行了数值计算,从而得到谐振腔的最佳像散补偿角和最佳模式匹配参数;并从理论上讨论了谐振腔参数的选择对激光器稳定区域的影响。实验上,当泵浦功率为8w时,得到了高达580mw的连续光输出;采用棱镜作为调谐元件,实现了连续可调谐范围达160nm的连续可调谐运转,这样的结果在国内尚属首例。 2) 利用克尔介质的非线性ABCD传输矩阵公式,分析克尔透镜锁模灵敏度δ在KLM激光器中的重要作用及其与谐振腔参数之间的关系,并结合我们实验中所用的四镜像散补偿腔,得到了有利于锁模产生的参数范围。采用棱镜对进行色散补偿,同时采用半导体可饱和吸收镜作为克尔透镜锁模的启动元件,实现了Cr~(4+):YAG激光器的锁模运转,并得到了谱线展宽约为37nm,中心波长位于1520nm的锁模脉冲。这样的克尔透镜锁模Cr~(4+):YAG激光器在国内还是首例。 3) 首次给出了描述超短脉冲激光器系统中脉冲演化,且同时包含了三阶色散、非线性色散、自陡峭以及拉曼自频移等高阶效应和快、


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