【摘 要】
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高功率、窄脉宽的全固态脉冲激光器具有结构紧凑、牢固耐用、激光效率高等优势,在国防、材料加工、科研等领域有着广泛的应用前景,也是当前激光领域的研究热点。激光增益介质作为固体激光器重要的组成部分,它的性能直接影响着激光器的工作特性。稀土离子掺杂的陶瓷激光增益介质具有制备周期短、易于高浓度掺杂、可实现大尺寸及多种复合型结构等优点,近年来受到了广泛关注。本文以Yb3+掺杂透明陶瓷Lu2O3和Ca F2为研
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高功率、窄脉宽的全固态脉冲激光器具有结构紧凑、牢固耐用、激光效率高等优势,在国防、材料加工、科研等领域有着广泛的应用前景,也是当前激光领域的研究热点。激光增益介质作为固体激光器重要的组成部分,它的性能直接影响着激光器的工作特性。稀土离子掺杂的陶瓷激光增益介质具有制备周期短、易于高浓度掺杂、可实现大尺寸及多种复合型结构等优点,近年来受到了广泛关注。本文以Yb3+掺杂透明陶瓷Lu2O3和Ca F2为研究对象,对两种陶瓷材料的激光特性进行了全面的理论和实验研究,实现了稳定的超快激光运转,为相关陶瓷激光器的商品化研制提供了理论和技术支撑,同时也为该类陶瓷材料的优化生长提供了一定的参考依据。主要研究内容如下:1.介绍了Yb3+掺杂Lu2O3陶瓷和Ca F2陶瓷优异的物理及光学特性,综述了这两种陶瓷材料的研究进展。从激光技术的原理出发,对本文所使用的激光技术手段:调谐、调Q以及锁模激光的基本理论进行了介绍。2.从陶瓷激光材料的光谱特性出发,对不同参数的Yb3+掺杂Lu2O3陶瓷和Ca F2陶瓷的连续激光特性进行了研究,在1μm波段实现了高效的激光运转。相关实验结果对陶瓷激光材料生长加工参数的进一步优化提供了一定的参考依据。3.将石墨炔可饱和吸收体作为激光调制器件,实现了稳定的LD泵浦陶瓷脉冲激光输出:制备了石墨炔可饱和吸收调制器件,在非线性光学特性表征的基础上,将其用于Yb:Lu2O3和Yb,Y:Ca F2透明陶瓷激光器中,分别实现了稳定的被动调Q激光运转,结果表明,石墨炔调制器件在陶瓷脉冲激光器中具有重要的应用价值。4.基于Yb:Lu2O3陶瓷和Yb,Y:Ca F2陶瓷的超短脉冲激光特性研究:对半导体可饱和吸收镜（SESAM）作为调制元件实现连续锁模的条件进行了理论模拟分析,设计了锁模激光谐振腔。在LD泵浦Yb:Lu2O3陶瓷锁模激光器中,实现了中心波长为1079.3 nm的超快激光运转,锁模输出功率为0.416 W,重复频率为55.14 MHz。在Yb,Y:Ca F2陶瓷锁模激光器中,实现了双波长超短脉冲激光输出,重复频率54.93 MHz,最大连续锁模平均输出功率0.310 W,该结果是目前此类陶瓷超快激光中最高的输出功率。
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