中紅外2微米波段鎖模激光器研究.pdf

1、中紅外超短脈沖激光在激光雷達(dá)、醫(yī)療、遙感、超快分子光譜學(xué)以及非線性光學(xué)等領(lǐng)域具有非常重要的潛在應(yīng)用，已經(jīng)成為全固態(tài)激光研究領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的研究熱點(diǎn)。受中紅外波段鎖模元件與檢測技術(shù)等方面的制約，中紅外波段鎖模技術(shù)相對于近紅外波段發(fā)展嚴(yán)重滯后。因此，發(fā)展中紅外波段激光鎖模技術(shù)，對中紅外超快激光的發(fā)展具有十分重要的意義。最近幾年，隨著鎖模技術(shù)、檢測技術(shù)以及新材料的發(fā)展，國際上2μm波段被動(dòng)鎖模固體激光器的研究實(shí)現(xiàn)了突破并得到了一定發(fā)展。本

2、文圍繞目前處于發(fā)展初級階段但具有重要應(yīng)用前景的2μm波段超快激光產(chǎn)生技術(shù)，尤其是激光二極管（Laser Diode，LD）直接泵浦的2μm波段被動(dòng)鎖模激光器，通過采用新材料和新技術(shù)，試圖解決目前該波段鎖模激光器中存在的超快可飽和吸收體以及色散控制等關(guān)鍵性問題，開展了以下幾方面的工作：
　　1.在國際上首次實(shí)現(xiàn)了LD直接泵浦的2μm波段飛秒鎖模脈沖輸出。采用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為鎖模元件，利用790nm商業(yè)化LD作為泵浦源，在Tm:

3、CLNGG無序晶體上獲得了穩(wěn)定的連續(xù)鎖模脈沖輸出，脈沖寬度479fs，重復(fù)頻率99MHz，輸出功率為288mW。
　　2.研制了2μm波段石墨烯可飽和吸收鏡，并首次利用它在2μm波段實(shí)現(xiàn)飛秒鎖模脈沖輸出。通過將化學(xué)氣相合成（CVD）方法制備的高質(zhì)量、大面積石墨烯轉(zhuǎn)移到高反介質(zhì)鏡上制備而成石墨烯可飽和吸收鏡，在2μm波段得到了729fs的穩(wěn)定連續(xù)鎖模脈沖輸出，重復(fù)頻率98.7MHz，平均功率60.2mW，中心波長2018nm。

4、>　　3.研制了一種工作帶寬大于1000nm的超寬帶反射式石墨烯可飽和吸收鏡，利用它成功在1μm波段和2μm波段不同激光器上實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的連續(xù)鎖模輸出，證明了其超寬帶的可飽和吸收性能。這種超寬帶石墨烯可飽和吸收鏡可滿足近中紅外不同波段鎖模激光器對可飽和吸收體的需求，這是傳統(tǒng)SESAM(Semiconductor Saturable Absorber Mirror)鎖模元件難以實(shí)現(xiàn)的；同時(shí)，它具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)自由度，理論上可以通過疊加不同層數(shù)

5、的石墨烯實(shí)現(xiàn)對其可飽和吸收性能的調(diào)控，也初步解決了目前在中紅外波段缺乏成熟的SESAM鎖模元件的問題，對于發(fā)展中紅外波段鎖模激光技術(shù)具有十分重要的意義，應(yīng)用前景非常廣泛。
　　4.利用研制的超寬帶石墨烯可飽和吸收鏡在Tm:YAG陶瓷激光器上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。激光透明陶瓷材料與單晶相比具有大尺寸，低成本以及可功能化等突出優(yōu)勢，我們詳細(xì)研究了Tm:YAG激光透明陶瓷材料的光譜、激光輸出和調(diào)諧性能，利用制備的超寬帶石墨烯可飽和吸收鏡作

6、為鎖模元件，在Tm:YAG陶瓷上獲得了穩(wěn)定的連續(xù)鎖模脈沖輸出，脈沖寬度2.8ps，重復(fù)頻率98.7MHz，輸出功率158mW，中心波長2016nm。
　　5.探討了2μm波段腔內(nèi)色散的控制和設(shè)計(jì)方法。針對目前中紅外2μm波段固體鎖模飛秒激光器鎖模脈寬普遍較長的問題，在不改變鎖模諧振腔基本結(jié)構(gòu)的前提下給出了一種同時(shí)補(bǔ)償二階和高階色散的思路和方法，為人們研究中紅外波段高階色散對鎖模脈寬的影響以及實(shí)現(xiàn)百飛秒以下的2μm波段超短鎖模脈沖輸