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Ho:YAG晶体环形腔再生放大技术研究

【摘要】:2μm波段激光被誉为“未来之光”,其应用已覆盖各方各面,而随着锁模激光技术的发展,2μm超短脉冲激光的应用更加广泛,如医疗、军事、科研等等。但是锁模激光单脉冲能量较低,仅纳焦级,这已成为严重制约其应用的因素。随着再生放大技术的发明及发展,对锁模光进行能量放大,最大可获得毫焦级别的单脉冲激光,这使得超短脉冲激光摆脱低单脉冲能量的限制。并且经过再生放大后的锁模激光仍能保持锁模激光的良好特性,使超短脉冲激光在各个领域的应用更加深入,如强场物理、多光子电离等方面。首先,本论文对放大技术及其种子锁模激光器的近几年国内外发展现状进行了详细的调研,并且对放大理论进行了系统的分析与求解,从激光脉冲放大的速率方程到矩形波脉冲放大再到超短脉冲的放大,最终引出再生放大的理论模型,从理论上论证了再生放大的可行性以及其优点。其次,是关于再生放大实验的准备工作。第一,对主被动的锁模光的优缺点进行了分析,然后又从脉宽、重频等方面介绍了锁模激光的主要参数,又对锁模光进行了光束变换以匹配再生放大腔的光斑模式。第二,对隔离系统以及普克尔盒的使用方式、选单脉冲方法做了简单介绍。第三,设计了再生放大谐振腔腔型,给出了谐振腔内光斑模式变化以及其稳定范围等参数,并对环形腔泵浦源也做了简单的介绍。最后,关于再生放大实验部分,我们对种子光在再生放大谐振腔内的运转方式进行了分析,从输出功率、单脉冲能量、脉宽等几方面参数对再生放大实验数据进行分析并解释了这些现象的原因,在重频为1 kHz时获得了实验中最大单脉冲能量144μJ;在重频为5 kHz时获得了单脉冲能量为62.2μJ的单脉冲激光输出,获得的脉冲宽度都为1.6 ns。最后将环形腔以腔倒空方式运转时的一些主要数据进行了测量,方便对比再生放大实验。

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