论文部分内容阅读
二极管（LD）泵浦的全固态激光器由于具有结构简单、效率高、稳定性好等特点成为目前激光器研究的热点。激光晶体和吸收体在LD泵浦全固态激光器发展的各个阶段起着非常重要的作用。硅酸钪（Sc2SiO5，简称SSO）属于硅酸盐氧化物类激光晶体，具有负的折射率温度梯度、高的热导率和宽的发射截面等良好的性能，是实现LD泵浦全固态激光器理想的激光基质。碳纳米管和石墨烯吸收体因其制造成本低、调制范围广和恢复时间短等特点成为近年来研究的热点。研究表明，1μm波段三价镱离子和2μm波段三价铥离子分别掺入SSO基质均获得了性能优良的激光晶体。本文对这两种激光晶体的脉冲激光特性进行了研究，并基于掺铥硅酸钪晶体光谱研究，对其激光特性进行了全面的表征。本文研究内容主要分为以下几个方面：1.对硅酸钪基质、铥离子和镱离子的研究进展进行了综述，重点介绍了掺铥硅酸钪（Tm3+:Sc2SiO5,简称Tm:SSO）和掺镱硅酸钪（Yb3+:Sc2SiO5,简称Yb:SSO）激光晶体的光谱性质。并系统阐述了宽波段新型碳基可饱和吸收体（单壁碳纳米管和石墨烯）的制备方法及优势。2.实现了LD端面泵浦Tm:SSO晶体的连续激光及被动调Q激光输出。首先利用一个结构简单的直腔对Tm:SSO晶体的连续激光进行了实验研究，获得的最大输出功率为0.932W，光光转换效率为20.6%，斜效率为29.4%。其次利用一个V型折叠腔首次实现了Tm:SSO晶体基于单壁碳纳米管吸收体的被动调Q激光运转。获得的最大平均输出功率为189mW，最窄调Q脉宽为442ns，相应的重复频率为55.6kHz，最大单脉冲能量为3.4μJ，中心波长为1971nm。3.对LD端面泵浦Tm:SSO晶体的被动锁模激光特性进行了研究。分别用单壁碳纳米管和石墨烯作吸收体实现了Tm:SSO晶体被动调Q锁模激光运转。晶体吸收泵浦功率3.9W时，用单壁碳纳米管获得的最大平均输出功率为195mW，调Q脉冲包络宽度为4μs，锁模脉冲宽度约在百皮秒量级，重复频率为92.6MHz，中心波长为1967nm，光谱半高宽为23nm。在相同的泵浦功率下，用透射式石墨烯获得的最大平均输出功率为240mW，重复频率为74MHz。结果说明，Tm:SSO晶体在获得2μm波段超快激光运转上具有很大的发展潜力。4.基于石墨烯吸收体实现了Yb:SSO晶体的超快激光运转。分别用透射式石墨烯和反射式石墨烯作可饱和吸收体进行了实验研究，用透射式石墨烯获得的最大平均输出功率为480mW，锁模脉冲宽度为14ps，重复频率为90.7MHz，相应的峰值功率为0.38kW，中心波长为1063nm，光谱半高宽为1.9nm；用反射式石墨烯获得的最大平均输出功率为352mW，锁模脉冲宽度为7ps，重复频率为97MHz，相应的峰值功率为0.52kW，中心波长为1063nm，光谱半高宽为1.7nm。