基于硅酸盐混晶的超快激光器研究

随着超快激光器在基础研究、工业生产、医学治疗、光学通信等领域的广泛应用，超快激光器的研究和发展已经受到了广泛的关注。半导体二极管泵浦的全固态激光器由于具有结构紧凑、效率高、稳定性好等优点成为目前激光器研究的热点。掺镱晶体作为激光增益介质的超快激光器已经占据了超快激光器研究的重要地位。掺镱硅酸镥钇（Yb: LuYSiO5，简称Yb: LYSO）晶体属于硅酸盐晶体，具有较高的热导率和较宽的吸收和发射截面，是实现半导体二极管泵浦超快激光器理想的激光晶体。本论文主要对Yb: LYSO晶体的超快激光特性进行研究。论文主要内容概括为：1.回顾了超快激光器的发展历史和研究现状，并简要介绍了用于掺镱(Yb3+)激光晶体和几种新型的饱和吸收体材料。2.简单阐述了锁模激光器的相关理论，着重介绍了被动锁模的基本理论和双波长锁模的应用和研究进展。3.对Yb3+: LYSO晶体和透射式碳纳米管（SWCNT）进行了被动锁模激光实验研究，得到了脉宽为5.2 ps的连续锁模输出，光谱中心在1058.6 nm,线宽为1.2 nm。实验中得到了锁模最大输出功率为1.50 W，对应的峰值功率和最大单脉冲输出分别为2.9 KW和15.0 nJ。4.利用反射式单壁碳纳米管（RSWCNT）对Yb3+: LYSO晶体进行了被动锁模实验研究，得到了稳定的锁模激光输出，锁模输出稳定时间可保持在1个小时以上。锁模脉宽达到4.0 ps,光谱中心在1038.3 nm,光谱宽度为1.50 nm。最大锁模输出功率为157 mW。5.对Yb3+: LYSO晶体和双壁碳纳米管（DWCNT）进行了双波长锁模实验研究，锁模激光最大输出功率达到1.27 W，锁模脉宽8.0 ps,对应的中心波长在1045.5 nm和1059.0 nm,对应的光谱线宽分别为1.20 nm和1.00 nm。这是国际上首次利用碳纳米管材料实现的双波长连续锁模输出。6.在国际上首次利用反射式氧化石墨烯对Yb3+: LYSO晶体进行了双波长被动锁模实验研究。得到了脉宽为5.0 ps的锁模激光。当泵浦功率增大到8.16 W，光谱中心在1036.3 nm和1043.5 nm的双波长锁模激光同步输出。