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稳定光波振荡模式——激光纵模
纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式。
& 纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式。简单而近似地说，纵模即频率。以气体放电管为例，通常它所发射的光波的频率宽度比较大。如果把放电管放在光学谐振腔内，经过谐振腔的选频，可使它所发射的光波的频率宽度变窄。例如氖放电管所发射的光波的中心频率为4.7×1014赫，频率宽度为△v=1.5×109赫。如果谐振腔长度为1米，满足共振条件的许多光频率中相邻两个共振频率之差△V’=1.5×108赫。氖放电管配置谐振腔后，发射的光波数为△V′/△V′，即有10种频率的光波。如图所示，曲线a代表放电管所发光波的频率轮廓，直线b的横坐标为中心频率，曲线a的半值宽度即放电管所发光波的频率宽度。配置谐振腔后，一定的腔长有一定的相邻共振频率之差。图曲线a下面的各条直线的间隔即为相邻共振频率之差。因此原来放电管所发光的频率范围很大，曲线a下面的各种频率的光都有。加上谐振腔后就不同，它要求相邻两光频率之差满足一定要求。例如图曲线a下面的频率中，只有各条直线代表的频率才可能。当然这些频率的光波也有自然宽度。& 光学谐振腔的这种作用称为选模。腔长缩短，共振频率间隔增大，选模作用明显增加。例如上述氖放电管，若配置在一个10厘米长的谐振腔里，频率间隔为△v′=1.5×109赫，就只有一个输出频率。但缩短腔长会显著降低功率。因此，一般用其它方法去达到选模的目的。& 谐振腔内每一个允许的频率值，在腔内形成一列驻波。每列驻波代表腔内光场沿纵轴的一种分布，习惯上称它为一个模式，或叫一个纵模。腔内如果只有一种光场分布，称单纵模，否则称多纵模。& （助编：xiaohu）
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display: 'inlay-fix'全固态1.3μm波段锁模激光特性研究--《山东大学》2013年硕士论文
全固态1.3μm波段锁模激光特性研究
【摘要】：超快激光器因为其具有脉冲宽度小、重复频率高、光谱带宽宽、峰值功率高的特点,自1964年诞生以来一直备受关注,广泛应用于科研、工业、军事、通讯、医学等领域,深深影响和改变着人类社会。半导体泵浦全固态锁模激光器是目前获得超快脉冲输出的有效方式之一。随着半导体工艺的发展,半导体可饱和吸收体(SESAM)逐渐成为一种简单有效的锁模器件,并成为近20年来的研究热点。相比于被大量研究的1.0μm波段,LD泵浦的1.3μm超快激光器在很多方面都有着重要的应用,例如远程遥感、信息存储、大气污染检测。因为其与石英光纤低色散和低损耗波长一致,1.3μm波段的超快激光在光纤通信、光传感定位等领域非常重要。由于水分子在该波段具有合适的光学吸收,考虑到对软生物组织的精细切割和血液凝结效率,高重复频率和大能量的1.3μm皮秒激光器非常适合应用于激光医学。因为与可以描述烃类微油气苗的一些黏土矿物吸收带吻合,1.34μm高重复频率、大能量脉冲激光器在地底石油和大气的光谱探测方面具有重要应用价值。激光晶体是全固态锁模激光器的重要组成部分,人们不断探索利用新晶体来实现超短脉冲的产生。本论文采用LD泵浦,以SESAM作为锁模元件,研究了Nd:YVO4、YVO4/Nd:YVO4/YVO4、Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:LGGG晶体在1.3μm波段的超快激光特性。研究内容如下：
1.总结了全固态锁模激光器的发展历程,分析了1.3μm波段超快激光器的研究意义及研究进展。
2.从实现锁模的基本原理出发,对SESAM实现连续波锁模的基本过程进行了理论分析；介绍了SESAM的基本结构、时间特性和特征参数,讨论了SESAM特征参数对锁模激光特性的影响；定性分析了用SESAM实现连续波锁模的阈值条件。
3.分析了谐振腔设计过程中需要考虑的因素,以及这些因素对SESAM锁模激光器的影响；从Nd:YVO4晶体的热效应着手分析,通过优化设计谐振腔,实现了LD泵浦全固态高功率1342nm锁模激光运转。对Nd：YVO4晶体和键合YVO4/Nd:YVO4/YVO4晶体1342nm连续波锁模激光器进行了对比研究,获得最高输出功率分别为2.19W和2.97W,脉宽分别为8.6ps和9.96ps。相比于Nd:YVO4晶体,在相同掺杂浓度下,键合YVO4/Nd:YVO4/YV04晶体能有效祛除热效应的影响,可以支持更高的泵浦功率,获得更高输出功率。采用相同谐振腔,键合YVO4/Nd:YVO4/YVO4锁模激光器获得的最高输出功率比Nd:YVO4锁模激光器提高了36%。
4.用SESAM作为锁模器件,研究了掺钕石榴石晶体在1.3μm皮秒锁模固体激光器上的应用。以Nd:YAG作为增益介质,在1338nm处获得瓦级锁模脉冲输出。实现了Nd:GGG晶体1331nm稳定锁模运转,平均功率467mW,脉宽5ps。结果证实,Nd:GGG晶体不仅是热容激光器的优良材料,在超快激光方面也表现优异。研究了Nd:LGGG晶体1.33μm锁模激光特性,实现了Nd:LGGG晶体1331.3nm和1336.4nm双波长同步锁模。
【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TN248【目录】：
摘要8-10ABSTRACT10-12第一章 绪论12-25 §1.1 全固态激光器12-13 §1.2 锁模技术的发展进程13-17
§1.2.1 超快激光器的应用及发展历程13-15
§1.2.2 SESAM锁模的超快激光器最新进展15-16
§1.2.3 1.3 μm超快激光器的研究意义及进展16-17 §1.3 本论文研究内容17-19 参考文献19-25第二章 SESAM激光锁模理论分析25-43 §2.1 激光锁模基本原理25-29 §2.2 SESAM被动锁模29-41
§2.2.1 SESAM结构及特征参数30-34
§2.2.2 SESAM的锁模方式34-35
§2.2.3 SESAM锁模原理35-37
§2.2.4 Haus主方程37-38
§2.2.5 SESAM实现连续波锁模的闽值条件38-41 参考文献41-43第三章 基于SESAM的掺钕钒酸钇晶体1.34μm锁模激光器43-59 §3.1 Nd:YVO_4晶体1342nm锁模激光器43-53
§3.1.1 谐振腔设计44-49
§3.1.2 实验结果与分析49-53 §3.2 键合YVO_4/Nd：YVO_4/YVO_4晶体1342.4 nm锁模激光器53-57 参考文献57-59第四章 掺钕石榴石晶体1.3μm SESAM锁模激光器59-76 §4.1 Nd：YAG 1338 nm锁模激光特性研究59-63
§4.1.1 W型激光谐振腔59-60
§4.1.2 输出特性分析60-63 §4.2 Nd：GGG 1331.3nm锁模激光器件研究63-68
§4.2.1 Z型激光谐振腔64-65
§4.2.2 实验结果与分析65-68 §4.3 Nd：LGGG1.3μm双波长同步锁模激光器68-74
§4.3.1 双波长锁模激光实验装置69
§4.3.2 实验结果与分析69-74 参考文献74-76第五章 总结76-78攻读硕士学位期间参与的项目、获得的奖励及发表的论文78-80致谢80-81学位论文评阅及答辩情况表81
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