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掺稀土元素在特殊波长的高功率激光系统的研究

林念念  
【摘要】:随着高功率激光和超快激光在科研和工业上的广泛应用,掺Yb3+高功率激光系统得到快速的发展。Yb3+由于具有简单的准三能级结构和低量子损耗等优势已经成为目前国际上研究的热点。本文基于掺yb3+硅酸盐晶体的固体激光器搭建一套特殊激发波长的MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)激光系统。以掺yb3+硅酸盐晶体输出的激光为种子光,通过双包层光纤放大。由于LD亮度和热效应的限制,LD直接泵浦的方式将使得YDFL(Ytterbium-doped Fiber Laser)的功率限制在kW量级。为了提高光纤激光器的功率,引入了级联泵浦的方案。级联泵浦的方案与传统的直接由LD泵浦不同,它是将一个或者几个光纤激光器来泵浦产生另一光纤激光,泵浦的波长与激光发射波长相差比较近。级联泵浦凭借着高亮度的泵浦源和低量子缺陷使得光纤激光器的热损耗降低,从而使输出功率得到显著性的提升。本文所要获得的就是级联泵浦的泵浦源波长1018nm的高功率输出。 首先对四种掺yb3+硅酸盐晶体的激光性能进行测试,从平平腔、三镜折叠腔等谐振腔结构来测试晶体的出光性能。在三镜折叠腔中加入一个色散元件形成一个调谐腔,对四种激光晶体进行调谐性能的测试。其中,Yb:LYSO和Yb:LSO这两种晶体的调谐范围相对比较宽,从994.5nm到1094.22nm,达99.72nm。 为了获得级联泵浦源1018nm波长的激光,将掺yb3+硅酸盐晶体输出的激光调谐至1018nm波长,经由双包层光纤放大器进行放大。在四种晶体构成的MOPA系统中,其中以Yb:LSO晶体构成的激光系统输出功率最高,为4.14W。 另外,利用EDF和SMF两种光纤在1550nm处的正负色散特性进行色散管理,得到Stretched-pulse锁模的飞秒脉冲输出。最终输出脉冲宽度为281.6fs,光谱宽度为29.2nm,傅里叶乘积约为1,未达到傅里叶极限。


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