【摘 要】
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高单纵模率、高功率、高重复频率的纳秒级脉冲激光在高分辨率光谱学、引力波探测、相干光通信等领域有着重要应用。含有多纵模的激光器单色性及相干性比较差,导致输出能量不稳定,甚至会出现拍频现象产生激光脉冲尖峰,这些脉冲尖峰是引起腔内元件损伤的主要原因,限制了激光器在实际中的应用。本文对环形腔结合标准具获得高单纵模率、高功率、窄脉宽、高重复频率激光输出技术进行了系统的实验研究。首先对国内外获得单纵模激光的典
【基金项目】
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国家自然科学基金（62075056,61927815）
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高单纵模率、高功率、高重复频率的纳秒级脉冲激光在高分辨率光谱学、引力波探测、相干光通信等领域有着重要应用。含有多纵模的激光器单色性及相干性比较差,导致输出能量不稳定,甚至会出现拍频现象产生激光脉冲尖峰,这些脉冲尖峰是引起腔内元件损伤的主要原因,限制了激光器在实际中的应用。本文对环形腔结合标准具获得高单纵模率、高功率、窄脉宽、高重复频率激光输出技术进行了系统的实验研究。首先对国内外获得单纵模激光的典型方法的研究进展进行回顾,并对其优缺点进行分析,选用能消除空间烧孔效应的单向行波运转环形腔进行高稳定性、高单纵模率脉冲激光器的探究。其次对实现高功率窄脉宽单纵模激光输出进行研究。对端面泵浦和侧面泵浦进行比较,采取侧面泵浦方式更易获得高功率激光输出。为了尽量压缩脉宽,选用合适的环形腔结构压缩腔长,考虑器件实际尺寸的影响,选用方形环形腔进行实验。由于压缩后的环形腔依然相对较长,在脉冲输出时模式竞争可能不充分,提出在腔内插入标准具控制激光器相邻纵模间的净增益差,协助进行纵模的选取,并对影响标准具选纵模的因素进行数值分析。再次对获取脉冲激光输出的调Q方式进行探究。对比常见的调Q方式,由于被动调Q利于纵模的选择,故被用来实现脉冲激光输出。数值求解被动调Q的速率方程,结果表明:通过选择初始透过率低的可饱和吸收体、反射率低的输出耦合镜,可以获取高功率窄脉宽激光输出。最终在重复频率为10 Hz时搭建了一台环形腔被动调Q激光器,并对协助选纵模的标准具参数进行分析。通过对输出波形傅里叶变换后的频谱图进行分析,确定了标准具的合适参数,实现了重复频率为10 Hz的被动调Q单纵模激光输出。进一步对高重复频率、窄脉宽激光器进行探索,研究了重复频率对输入电流以及输出参数的影响。最终实现了重复频率为100 Hz,单脉冲能量为8.14 m J、峰值功率为0.5 MW、输出脉宽为16.2 ns、能量相对标准差为2.62%的全固态环形腔单纵模脉冲激光输出,单纵模率为100%,并为实现更高重复频率做出了实际探索。
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