ld泵浦和sesam锁模激光器的研究（理学光学硕士毕业论文）

1、理学硕士毕业论文LD 泵浦全固化自锁模和SESAM 锁模激光器的研究尹丽娜北京工业大学2002 年 5 月分类号：TN248单位代码：10005学号：S996901密级：北京工业大学硕士学位论文题目LD泵浦全固化自锁模和SESAM锁模激光器的研究英文题目RESEARCH OF LD-PUMPED ALL-SOLID-STATESELF-MODE-LOCKINGLASERSANDPASSIVELYMODE-LOCKINGLASERS BYASESAM 研究生姓名： 尹 丽 娜 专业：光学研究方向：激光技术的研究和应用导师： 陈 莹 职称： 副研究员 陈 檬 职称：副研究员论文提交日期： 2002年5月 学位授予日期： 授予单位名称和地址： 北京工业大学 北京市朝阳区平乐园100号 摘要半导体泵浦全固化锁模激光器有着极大的科研价值和广泛的应用前景。国外 对这方面的研究已日趋成熟，国内对 LD 泵浦自锁模激光器的研究尚刚起步，而 对于LD 泵浦SESAM锁模激光器尚未见诸报道。在这样的背景下，本文对LD 泵浦全固化自锁模和 SESAM 锁模激光器进行了理论和实验上的深入研究。从锁模的基本原理

2、出发，分析了非线性晶体的自聚焦理论和自锁模机理。 在SESAM 锁模的分析中，介绍了SESAM 的时间特性、宏观参数、结构类型 及它们对锁模的影响。在此基础上，指出了SESAM 锁模与染料可饱和吸收体 锁模的不同之处，并结合SESAM的特性及被动锁模的原理，首次提出了SESAM 锁模机理的初步模型。我们对自锁模和SESAM锁模的多种谐振腔进行了分析设计和实验研究。 大致包括以下五种腔型：脉冲泵浦自锁模谐振腔，连续泵浦自锁模谐振腔， SESAM锁模五镜折叠腔，SESAM锁模三镜折叠腔，SESAM锁模直腔。具体 分析了每个腔型的腔参数（包括腔长，凹面镜曲率半径，透镜焦距，折叠角等） 对稳区及光斑大小的影响，并利用分析结果选择合适的腔参数对谐振腔进行优 化。最后通过实验对各腔型进行深入研究，找出了其规律性。在脉冲泵浦自锁模激光器中，我们获得了调Q 锁模输出。在连续泵浦自锁 模激光器中，我们首次提出在腔内插入一个凸透镜，用来补偿热透镜效应对激 光器运转造成的影响，并通过实验验证了理论分析的正确性，有效的解决了在 大功率泵浦情况下的热效应问题，为进一步研究锁模创造了条件，同时这一方 法及所得到的

3、结论适用于其它各类半导体端泵固体激光器。对于SESAM锁模，我们分析了五镜腔、三镜腔和直腔三种腔型，通过对比， 最终采用了直腔进行锁模。对于直腔SESAM锁模激光器，首先分析了各腔参数 对稳区和光斑大小的影响程度，据此选择合适的腔参数进行实验，获得了LD端 泵Nd:YAG和Nd:YVO4 激光器的SESAM锁模运转，这是首次利用直腔进行 SESAM锁模，为进一步研究SESAM锁模奠定了基础。关键词全固化；半导体激光器；自锁模；SESAM；被动锁模目录ABSTRACTThe LD-pumped mode-locking all-solid-state laser has great scientific value and important use in many fields. In foreign countries, there are many reports about it, but athometherearefewarticleson it.Inthispaper,wedosometheoreticaland experimental studying on self-

4、mode-locking lasers and passively mode-locking lasers by a SESAM, which are pumped by diode lasers.We introduce the mode-locking theory and analyse the mechanism of self-focusingandself-mode-lockinginnonlinearcrystal. Wegivetheimportant parameters of SESAM such asbitemporal impulse response，structure and type and so on,andpointoutthedifferencebetweenSESAManddye.Forthefirsttime,we present the initial model ofthe mechanismofpassively mode-locking by a SESAM.Wedesignandexperimentonsomecavities of s

5、elf-mode-lockingorSESAM mode-locking,includingpulsed-LD-pumped self-mode-lockingcavity,cw-LD-pumped self-mode-lockingcavity,five-mirrorSESAMmode-lockingfolded-cavity, three-mirror SESAM mode-locking folded-cavity, SESAM mode-locking straight cavity.Weanalysetheinfluenceofcavityparametersonstableareaandbeamspot size, which include length of cavity, radius-of-curvature of mirror, focal length of lens, foldedangleetc.Onthebasisoftheoreticalanalysis,weselectthemostoptimum cavity parameters, study fu

6、rther through experiments to find out the laws and give explanations to the phenomena.Forpulsed-LD-pumpedself-mode-lockinglaser,weobtainQ-switched mode-locking. For cw-LD-pumped self-mode-locking laser, we firstly put forward a newmethodthatcanreducethebadinfluenceon stableareacausedbythermallens, whichistoinsertacompensationlensin thecavity.Throughexperiments,wetestand verifyitsfeasibilityandsolvetheproblem ofthermaleffect.Thismethodandits conclusions are suitable for other LD-end-pumped solid-

7、state lasers.Weanalyse five-mirrorSESAMmode-lockingfolded-cavity,three-mirror SESAM mode-locking folded-cavity and SESAM mode-locking straight-cavity. For theSESAMmode-lockingstraight-cavitylaser, weanalysetheinfluenceofcavity parametersonstableareaandbeam spot,andusethemostoptimumcavityparameters to do experiments. For the first time, we realize LD-end-pumped SESAM mode-lockingNd:YAGandNd:YVO4lasers, whicharestraightnotfolded.Thislays the foundation of studying passively mode-locking by a SESAM.Key words:all-solid-state; diode laser; self-mode-locking; SESAM;passively mode-locking摘要.Abstract.第1 章绪论.11.1背景及意义.11.2 半导体泵浦的锁模激光器的发展及研究现状21.2.1半导体泵浦的自锁模激光器的文献调研.21.2.2半导体泵浦的SESAM锁模激光器的文献调研.31.2.3Nd:YVO4和Nd:YAG锁模激光器的发展情况 .41.2.4发展及研究现状综述.51.3 论文工作的主要内容和目的.6 第2章相关理论及分析.72.1锁模的基本原理及方法.72.2自锁模机理.92.2.1物理模型.92.2.2 自聚焦机理.102.2.3 稳态自聚焦理论.122.2.4 动态自聚焦理论.152.3 SESAM 锁模机理.162.3.1 半导体可饱和吸收体.162.3.2 半导体可饱和吸收镜的基本结构和时间特性.182.3.3 半导体可饱和吸收反射镜的宏观特性.192.3.4 激光器参数与半导体可饱和吸收反射镜宏观特性的关系.202.3.5 半导体可饱和吸收反射镜的类型

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