频率分辨光学快门的理论研究和LD泵浦CrLiSA蓝光激光器的研究

OPT OpenIR > 中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)

	频率分辨光学快门的理论研究和LD泵浦CrLiSA蓝光激光器的研究
	龙井华
学位类型	博士
导师	阮双琛
	2002
学位授予单位	中国科学院西安光学精密机械研究所.
学位专业	光学
关键词	飞秒脉冲二次谐波产生自相关短时傅立叶变换频谱图频率分辨光学快门相位恢复二次谐波产生频率分辨光学快门l D泵浦固体激光器内腔倍频
摘要	二十世纪八十年代，超短脉冲激光技术开始了迅猛的发展，不仅将人类认识自然界的时间分辨能力提高到了飞秒量级，而且又开拓了激光技术新型的研究和应用领域。超短脉冲激光技术的发展不仅取决于激光技术本身的积累性发展，同时还得益于测量技术的改进和新方法的产生。这是因为脉冲特征参数的准确测量是脉冲产生理论研究的要求，而且在众多应用研究中，需要不同特性的脉冲，或者直接利用脉冲的特征参数的测量获得所需要的结果。随着脉冲宽度接近单周期，甚至向阿秒接近，脉冲的准确测量成为解决问题的关键因素之一。最为广泛应用的是二次谐波自相关法，它能够提供脉冲宽度的粗略估计和很少的相位信息。对于更多接近光学周期的复杂脉冲，这种方法已经不能满足实际要求。实验人员所期望的是能够实时测量脉冲的全部特征参数的技术。频率分辨光学快门技术利用各种瞬时响应的非线性光学效应，测量脉冲的时频联合分布图，结合图像处理技术中成熟的相位恢复算法，能够对各种波长范围、能量和宽度的脉冲实现强度和相位的完全测量。发展高效、快速的相位恢复算法是实现实时测量的基础。SHG-FROG将FROG技术的优势和成熟简单的SHG自相关技术相结合，成为测量小于10fs激光脉冲的标准方法之一。本文对频率分辨光学快门技术中相位恢复算法进行了研究，并对SHG-FROG测量近单周期脉冲中频率效应进行了数值模拟研究，为建立SHG-FROG测量系统提供了理论依据。激光二极管（LD）泵浦的固体激光器是激光技术发展的一个方向，全固化蓝光激光器由于波长短、转换效率和可靠性高等优点，可以广泛应用于激光致冷、激光显示、高密度存储和光谱学等领域。经过优化LD纵向泵浦的模式匹配，LD泵浦Cr:LISAF激光器获得了准连续输出，采用LBO晶体经腔内倍频，获得了稳定的蓝光输出。论文第一章概要介绍超短光脉冲发展的近况和对脉冲测量的必要性，介绍了传统SHG自相关测量方法，主要阐述FROG技术的测量特点，以及FR％技术和脉冲测量相关领域的进展。第二章讨论与超短光脉冲测量相关的基本知识。完整定义了脉冲在时域和频域的表示方法、脉冲的强度和相位的表示，特别是分析了这些概念物理有效的范围，这对于测量单周期脉冲提供了理论支持。分析了超短光脉冲的空间凋啾效应和传输中的色散效应。克尔透镜锁模钦宝石激光器是典型的飞秒超短脉冲激光器，因此也分析了克尔透镜锁模激光脉冲产生的原理。在第三章，主要工作是用时频分析理论对频率分辨光学快门以及FROG图的边缘作出解释，这在以前还未有报道；采用矩阵向量外积的变换建立了理想的（无噪音）PG-FROG和SHG-FROG频谱图，其中PG-FROG图的建立也未见报道。本章还分析了SHG自相关方法的原理，及其在测量脉宽和相位方面的局限性。介绍了FROG的基本光束几何。对数值模拟的FROG图进行分析，发现它能直观表现脉冲的有关特征。这为直观实时测量提供了依据。在第四章，采用向量矩阵的外积变换和奇异值分解的若干性质建立了SHG-FROG测量脉冲的相位恢复算法。快速算法的建立是实现脉冲实时测量的关键。用该算法从无噪音的SHG-FROG图中完成了各种常见类型超短脉冲的强度和相位分布，获得了理想的FROG误差。在第五章，首次采用数值模拟的方法分析了SHG-FROG测量接近光学振荡周期脉冲的各种频率依赖的效应，包括非线性晶体的有限相位匹配带宽、基波模式、二阶极化和探测器响应，以及非常光折射率的频率依赖效应。频率边缘检测是分析上述效应的方法，这种分析为SHG-FROG测量数据消除系统误差提供了有效的依据。在第六章，实验研究了LD泵浦Cr：LISAF激光器的准连续运转，在国内首次采用LBO晶体实现全固体Cr：LiSAF激光腔内倍频蓝光输出。LD纵向泵浦固体激光器由于受LD的高度非衍射极限输出所限，需要特别考虑在短的吸收长度上保证泵浦光和激光的模式匹配。分析了LD纵向泵浦固体激光器的模式匹配，计算了像散腔模式大小，分析了内腔倍频理论。准连续运转是平均输出功率32mW，斜效率5.6％；采用LBO晶体的第工类相位匹配，腔内倍频激光获得43Onm的蓝光输出。
学科领域	光学
页数	97
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/12482
专题	中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)
推荐引用方式 GB/T 7714	龙井华. 频率分辨光学快门的理论研究和LD泵浦CrLiSA蓝光激光器的研究[D]. 中国科学院西安光学精密机械研究所.,2002.

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