紫外光梳驅(qū)動(dòng)源的研究.pdf

1、基于飛秒激光的光學(xué)頻率梳在精密測(cè)量和超快科學(xué)的發(fā)展方面起到了至關(guān)重要的作用。將光學(xué)頻率梳拓展到紫外與極紫外波段,不僅會(huì)帶來精密光譜學(xué)研究上的革命,而且將開辟各學(xué)科領(lǐng)域中高新科技發(fā)展的新時(shí)代。目前,國(guó)際上正在競(jìng)相開展紫外與極紫外光學(xué)頻率梳研制的探索研究,本學(xué)位論文的主要工作包括開展了對(duì)時(shí)頻域精密控制的周期量級(jí)極端超短紫外光梳驅(qū)動(dòng)源的理論和實(shí)驗(yàn)研究。為獲得單脈沖能量高且脈沖重復(fù)頻率高的飛秒脈沖,本論文研究在新型飛秒激光及其放大、同步精密控制

2、方面發(fā)展了一系列新技術(shù)。在飛秒激光振蕩器的研制方面：在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了基于Yb:GSO晶體超短脈沖的輸出,其脈寬達(dá)到343fs,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了脈寬可調(diào)(1-100ps)的超短脈沖；在放大器的研制方面：基于Yb離子雙包層光纖放大技術(shù),獲得了重復(fù)頻率高達(dá)100MHz、平均輸出功率超過10w的飛秒脈沖放大；在同步精密控制方面：發(fā)展了不同超短激光同步鎖定的新機(jī)制和創(chuàng)新技術(shù),基于交叉相位調(diào)制誘導(dǎo)偏振態(tài)偏轉(zhuǎn),實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了Yb:GSO飛秒激光與摻鉺光纖飛秒

3、激光的精確同步鎖定,激光諧振腔可容忍的失匹范圍長(zhǎng)達(dá)14mm,比以往所的報(bào)道的最好結(jié)果高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。特別是,實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了飛秒脈沖與皮秒甚至納秒脈沖的高精度同步鎖定,為載波位相穩(wěn)定的飛秒脈沖的光學(xué)啁啾參量放大提供新途徑。 本學(xué)位論文主要成果可概括如下： 1.完成了采用半導(dǎo)體激光二極管泵浦的基于新型摻鐿激光晶體的1μm波段小型化超快超短激光振蕩器的研制,其中緊湊型激光振蕩器的研究涉及了關(guān)鍵單元?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)的研究與發(fā)展,主要包括：

4、 1)成功地實(shí)現(xiàn)了具有較大能級(jí)劈裂的新型摻鐿正硅酸鹽激光晶體Yb:GSO的低閾值高效激光輸出；實(shí)現(xiàn)了激光閾值僅為127mW、斜效率86％的較好實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此斜效率為摻鐿正硅酸鹽晶體到目前為止所獲得的最大值。 2)采用具有較大色散量的腔內(nèi)色散元件SF14布儒斯特棱鏡,成功地獲得了Yb:GSO激光晶體的光滑、連續(xù)的調(diào)諧曲線,得到了波長(zhǎng)從1009nm到1112nm,帶寬大于97nm的調(diào)諧激光輸出。 3)成功地實(shí)現(xiàn)了采用具有很

5、好的機(jī)械性能的Yb:GYSO混晶在1083nm波段大功率的連續(xù)激光輸出,這可以應(yīng)用在度量衡學(xué)方面作為He3和He4內(nèi)部的超精細(xì)躍遷的光泵浦源；實(shí)現(xiàn)了Yb:GYSO連續(xù)激光器的最大輸出功率達(dá)到7.5W,最高斜效率為79％。 4)成功實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用在非線性頻率合成、熒光激發(fā)和醫(yī)用儀器等方面的Yb:GYSO多波長(zhǎng)激光器,實(shí)現(xiàn)了發(fā)生在104nm～1043nm,1048nm～1052nm,1056nm～1063nm和1080nm～1089nm幾個(gè)

6、波段的雙波長(zhǎng)、三波長(zhǎng)和四波長(zhǎng)激光振蕩。 5)成功獲得了斜效率高達(dá)96％的混晶Yb:LYSO晶體連續(xù)激光輸出,其連續(xù)調(diào)諧范圍為1014.4nm～1091.7nm,調(diào)諧范圍大于77nm。 6)成功實(shí)現(xiàn)了Yb:GSO激光晶體連續(xù)鎖模激光運(yùn)轉(zhuǎn),選用棱鏡對(duì)激光腔內(nèi)的群速度色散進(jìn)行補(bǔ)償,在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了基于Yb:GSO激光晶體連續(xù)鎖模激光運(yùn)轉(zhuǎn)的中心波長(zhǎng)為1031nm,脈沖寬度為343fs的緊湊飛秒激光振蕩器。 2.完成了高

7、重復(fù)頻率、短脈沖種子光放大器的研制,成功解決了提高耦合效率、抑制寄生振蕩等技術(shù)難題,研究?jī)?nèi)容包括： 1)實(shí)現(xiàn)采用摻鐿雙包層光纖連續(xù)放大器的輸出功率達(dá)12w,斜效率57％。實(shí)現(xiàn)了雙包層光纖飛秒放大器的輸出功率達(dá)10W,斜效率72％,光-光轉(zhuǎn)換效率為42％。 2)對(duì)適合大能量激光系統(tǒng)放大器的具有較低燒結(jié)溫度的新型摻鐿多晶陶瓷Yb:Y1.9La0.1O3的激光性能進(jìn)行了探索,成功獲得了最大輸出功率為2.0W的連續(xù)激光輸出,調(diào)諧

8、范圍從1018nm到1086nm,連續(xù)調(diào)諧范圍寬達(dá)68nm的調(diào)諧激光輸出。并首次實(shí)現(xiàn)了摻鐿多晶陶瓷Yb:Y1.9La0.1O3的皮秒激光輸出。 3.成功解決了在紫外光梳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,非共線寬帶OPCPA泵浦激光脈沖與信號(hào)光脈沖之間精確同步的關(guān)鍵難題,發(fā)展了與國(guó)際同類研究不同的新方案：將Yb:GSO飛秒激光器和摻鉺光纖激光器通過交叉相位調(diào)制引入的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)同步在一起,從而激光諧振腔可容忍的失匹范圍長(zhǎng)達(dá)14mm,比以往所的報(bào)道