高功率、寬調(diào)諧飛秒激光器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、基于本實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的厚透鏡模型理論，設(shè)計(jì)和建立了一臺(tái)鈦寶石飛秒激光器，實(shí)現(xiàn)了高功率和寬調(diào)諧輸出。理論上研究了影響飛秒激光波長(zhǎng)調(diào)諧范圍和輸出功率的因素，并從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了驗(yàn)證。具體研究?jī)?nèi)容和成果如下： (1)鈦寶石棒內(nèi)腔橫模調(diào)制度c‘c是影響軟光闌鎖模的關(guān)鍵因素?；诤裢哥R模型，計(jì)算了穩(wěn)定區(qū)各邊界處的橫模調(diào)制度αc；在上區(qū)下邊界處，鈦寶石棒內(nèi)腔橫模調(diào)制度αc值最大。因此，設(shè)置激光器工作在此邊界附近，容易實(shí)現(xiàn)鎖模。為了獲得亞十飛秒的高功

2、率輸出，選用了3mm的鈦寶石棒。實(shí)現(xiàn)高功率鎖模，需要在提高泵浦功率、增加輸出耦合率、增加腔模尺寸、提高腔橫模調(diào)制度αc等因素之間取得平衡。高的αc可以減弱由自相位調(diào)制(SPM)與群速度色散(GDD)相互作用造成的周期性干擾對(duì)鎖模的破壞作用，防止脈沖能量轉(zhuǎn)化為連續(xù)成分。計(jì)算結(jié)果表明αc與鈦寶石棒長(zhǎng)度成正比，這意味著采用長(zhǎng)的鈦寶石棒有利于獲得更高的輸出功率。實(shí)驗(yàn)上采用5mm的鈦寶石棒比用3mm的鈦寶石棒獲得更高的輸出功率，與理論計(jì)算結(jié)果一致

3、。 (2)研究了腔結(jié)構(gòu)不對(duì)稱參數(shù)γ和鈦寶石棒長(zhǎng)度對(duì)αc的影響。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)γ從1.8變化到1.5時(shí)，長(zhǎng)度為3mm、5mm和10mm鈦寶石棒中腔橫模調(diào)制度αc分別提高了4.5％、7％和27％。這些結(jié)果表明，只有較長(zhǎng)的鈦寶石棒，γ對(duì)αc才有較大的影響。因此，當(dāng)采用較長(zhǎng)的鈦寶石棒作為增益介質(zhì)時(shí)，諧振腔的結(jié)構(gòu)就應(yīng)該取較低的γ值來提高αc，以便獲得最佳的輸出功率和鎖模穩(wěn)定性。 (3)研究了耦合輸出率對(duì)飛秒激光調(diào)諧范圍的影響。采

4、用啁瞅鏡較好地補(bǔ)償腔內(nèi)的三階色散和提供寬的反射帶寬，比較了輸出耦合率為10％、4％以及1％的激光器輸出波長(zhǎng)調(diào)諧范圍。其中，10％寬帶輸出鏡(720～1140nm)的調(diào)諧帶寬為735～880nm；4％普通輸出鏡(740nm～880nm)的調(diào)諧帶寬為730～880nm。把原來激光腔中的輸出耦合鏡更換為啁啾全反鏡，并在激光腔內(nèi)插入1mm厚的薄玻璃片，作為1％的輸出耦合鏡，提高了腔內(nèi)功率，使激光器在低增益波段的運(yùn)轉(zhuǎn)閾值降低，獲得了從695～97