新型可見光-近紅外超快光源研究.pdf

1、超短脈沖激光在科學(xué)前沿、先進(jìn)制造、微納加工、生物醫(yī)療、寬帶通信以及軍事等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。針對不同的實(shí)際應(yīng)用對不同波長的超短脈沖激光的需求，本文重點(diǎn)開展了可見光-近紅外波段新型超快光源包括采用新型超快激光介質(zhì)（摻鐿正硅酸鹽晶體）的全固態(tài)超短脈沖激光器以及同步泵浦的高功率飛秒光參量振蕩器的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本人在博士期間的主要工作包括以下內(nèi)容:
　　1.針對兩種晶體具有多峰的發(fā)射光譜特性，上首次實(shí)現(xiàn)了Yb∶YSO/Yb∶L

2、SO振蕩器的雙波長同步鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。采用3mm長、摻雜5at.％Yb3+的Yb∶YSO晶體，同時(shí)獲得了中心波長1059.2 nm和1081.2nm的雙波長鎖模脈沖，平均功率為164 mW。利用兩個(gè)波長脈沖在時(shí)域上的拍頻，產(chǎn)生了重頻為1.4 THz、脈寬為169 fs的脈沖序列;利用3mm長、摻雜5at.％Yb3+的Yb∶LSO晶體，也獲得了中心波長1060.3 nm和1084.2 nm的雙波長同步鎖模脈沖，得到了225 mW平均功率，兩個(gè)不

3、同波長的脈沖拍頻產(chǎn)生的脈沖序列的重復(fù)頻率和脈寬分別是0.85 THz和590 fs。此外，利用全正色散腔型結(jié)構(gòu)，我們也首次觀察到了Yb∶YSO/Yb∶LSO振蕩器的耗散孤子鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　2.首次實(shí)現(xiàn)了Yb∶LYSO、Yb∶GSO和Yb∶LSO振蕩器的飛秒克爾透鏡鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。通過合理的色散補(bǔ)償，利用3mm長、5 at.％摻雜的Yb∶LYSO、Yb∶GSO和Yb∶LSO晶體，分別實(shí)現(xiàn)了61 fs、72 fs和54fs的超短脈沖輸出，比

4、之前報(bào)道的SESAM被動(dòng)鎖模結(jié)果相應(yīng)的縮短了10、5、5倍，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了摻鐿正硅酸鹽晶體在超短脈沖產(chǎn)生方面巨大的潛力。此外，基于SESAM被動(dòng)鎖模的Yb∶LYSO振蕩器，我們分別在1035nm和1042nm中心波長獲得了3W平均功率的穩(wěn)定鎖模脈沖，相應(yīng)的脈沖寬度為297 fs和214 fs。亞百飛秒脈沖的產(chǎn)生以及穩(wěn)定的高功率鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)證明摻鐿正硅酸鹽晶體是一種同時(shí)兼?zhèn)涓吖β屎驼}寬輸出能力的優(yōu)質(zhì)超快激光介質(zhì)。
　　3.利用自建的高

5、功率SESAM鎖模Yb∶LYSO振蕩器作為泵浦源，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了Yb全固態(tài)激光器泵浦的飛秒MgO∶PPLN-OPO，獲得了波長哎1428nm-1763nm范圍連續(xù)可調(diào)諧的信號光脈沖，進(jìn)一步通過腔內(nèi)倍頻，將近紅外飛秒脈沖波長拓展到了768-874nm波段。
　　4.利用2.5 mm長的LBO晶體，對商用的Yb∶KGW飛秒振蕩器進(jìn)行倍頻得到了平均功率4.1 W的高光束質(zhì)量飛秒綠光，倍頻效率達(dá)57.5％。并首次實(shí)現(xiàn)了飛秒綠光泵浦的BI

6、BO-OPO，得到了波長在660-1057nm范圍連續(xù)可調(diào)諧的可見光-近紅外信號光脈沖，最大輸出功率達(dá)1.1W。經(jīng)過腔外壓縮后，信號光最窄脈寬為71 fs。同時(shí)我們還得到1150-1900nm波長范圍的空閑光脈沖，最大輸出功率為414mW，其相應(yīng)的脈沖寬度在94-223 fs之間。
　　5.利用飛秒綠光泵浦的LBO-OPO，得到了波長在660-1030nm范圍連續(xù)可調(diào)的信號光。信號光的最大輸出功率達(dá)1.9W，對應(yīng)52.7％的光光轉(zhuǎn)

7、換效率，是迄今國際上同類研究所見報(bào)道的最高效率。
　　6.首次利用諧頻泵浦方式實(shí)現(xiàn)了高重頻的綠光泵浦飛秒OPO運(yùn)行。通過設(shè)計(jì)緊湊的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，以飛秒綠光作為泵浦源，實(shí)現(xiàn)了755 MHz重復(fù)頻率的飛秒BIBO-OPO運(yùn)轉(zhuǎn)，得到了平均功率為581mW、脈沖寬度為166 fs的712nm信號光。
　　7.建成迄今國際上最高重頻的飛秒OPO。采用線性腔結(jié)構(gòu)，以高功率的Yb∶KGW振蕩器為泵浦源，得到了從7.7 GHz-37.3 GH