【摘 要】
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2μm波段的激光处于大气窗口波段,对应众多气体分子和水分子的吸收峰,因此广泛应用在气体检测、光通信、激光手术、激光雷达等领域。尤其是2μm波段激光可作为3-5μm中红外光学参量振荡器（OPO）的泵浦源。3-5μm波段超快激光在分子指纹光谱学和军事红外对抗技术等领域应用广泛。基于以上研究背景,本文重点研究了2μm波段掺铥激光器及同步泵浦的中红外光学参量振荡器。本论文的主要研究内容和取得的创新性成果如
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2μm波段的激光处于大气窗口波段,对应众多气体分子和水分子的吸收峰,因此广泛应用在气体检测、光通信、激光手术、激光雷达等领域。尤其是2μm波段激光可作为3-5μm中红外光学参量振荡器（OPO）的泵浦源。3-5μm波段超快激光在分子指纹光谱学和军事红外对抗技术等领域应用广泛。基于以上研究背景,本文重点研究了2μm波段掺铥激光器及同步泵浦的中红外光学参量振荡器。本论文的主要研究内容和取得的创新性成果如下:1、采用LD双端泵浦方案,分析并对比三种不同尺寸下的板条状镀金Tm:YAP晶体调Q输出激光性能。当泵浦功率为160 W时,获得了60.1 W的连续光,对应的斜效率为45.5%。这是在板条Tm:YAP晶体中获得的最高斜率效率记录。在声光（AO）调Q机制下,将泵浦功率控制在130 W以内,当重频为40 k Hz,泵浦功率为130 W时,获得了最窄脉宽为64 ns,平均功率为30 W,中心波长为1944 nm的脉冲激光。2、进行了一系列掺铥激光器被动锁模实验研究:1)采用Tm:Lu AG块状晶体增益介质结合SESAM锁模技术,在CW运转状态下,采用透过率分别为1.5%,3%和5%的输出耦合透镜,获得最大平均输出功率分别为680 m W、1.09 W和1.4W;采用透过率为1.5%的输出耦合镜,获得了双波长连续锁模运转,对应的两个中心波长为2020.3 nm和2023.2 nm,在该状态下输出功率为135 m W,脉冲宽度为63.2 ps。这是首次在Tm:Lu AG激光器中实现双波长连续锁模。2)首次采用Mo S2可饱和吸收体在Tm,Ho:CYA晶体中实现了低阈值调Q锁模运转,当泵浦功率为2.6 W,重频为100 MHz时,获得了平均功率为216 m W,中心波长为2089 nm的调Q锁模激光,调制深度接近100%。3)采用氧化石墨烯可饱和吸收体作为锁模启动元件,在Tm,Ho:LLF激光器中获得了低重复频率高功率调Q锁模输出,在重复频率为53.19 MHz时,获得了最大平均功率为1052 m W,对应的平均单脉冲能量高达19.77 n J的脉冲激光,这是目前从2μm波段Tm,Ho:LLF锁模激光器中获得的最大单脉冲能量。3、首次报道了直接克尔锁模运转Tm:Lu YO3激光器,为了改善锁模的稳定性,利用石墨烯-金膜可饱和吸收体实现了克尔透镜锁模Tm:Lu YO3激光器稳定运转。采用透过率为0.5%的输出镜,在连续运转下的泵浦阈值仅为308 m W,最大功率高达583 m W。在连续锁模运转下,重复频率为95.9 MHz下获得了最大功率高达418 m W,脉宽短至245 fs,中心波长2058 nm的锁模脉冲。同时锁模过程中首次观察到了自三倍频现象,对应光谱范围为670.6-680.2 nm。4、研究2μm激光同步泵浦中红外飞秒Mg O:PPLN-OPO输出特性。理论上分析了Mg O:PPLN-OPO调谐特性;实验上,通过周期调谐实现了2.3-2.5μm激光调谐输出,最大效率极化周期对应的光谱为2345-2458 nm,在中心波长为2402.6nm处的最大输出功率为62 m W,最短脉宽为267 fs,斜率效率为11.96%。
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