2微米波段固体激光器的被动锁模机理研究

超短激光脉冲的产生及在物理、化学和生物等方面的应用一直是光学前沿研究的热点。而两微米波段超短脉冲激光因其对人眼的安全性且处于水的吸收峰附近，在生物研究，环境遥感，激光测距，光电对抗等领域具有广阔的应用前景。但是,由于工作在2微米波段的激光器研究目前正处于起步阶段，且缺乏合适的锁模手段,至今在国际上尚无2-μm被动锁模激光器的报道。本项目将以两种2-μm波段固体激光材料Tm:YVO4和Tm:YAP单晶为基础，探索利用半导体自饱和吸收体被动锁模方法产生中红外2-μm波段超短激光脉冲的可行性。我们还将以此类激光器为平台,对被动锁模2-μm波段激光器动力学特性进行理论及实验性研究，重点研究被动锁模2-μm波段激光器的脉冲演化特性及利用半导体自饱和吸收体进行2-μm激光器被动锁模的工作机理。希望通过对此项目的研究，使我国率先实现2微米波段被动锁模激光输出，并在此领域处于领先位置。

本项目以2-μm 波段固体激光材料Tm:YAP 单晶为基础，探索利用半导体自饱和吸收体被动锁模方法产生中红外2-μm 波段超短激光脉冲的可行性。我们在实验上利用砷化镓自饱和吸收体实现了Tm:YAP 激光器的被动锁模。并以此类激光器为平台,对被动锁模2-μm 波段激光器动力学特性进行理论及实验性研究，重点研究被动锁模2-μm 波段激光器的脉冲演化特性及利用半导体自饱和吸收体进行2-μm 激光器被动锁模的工作机理。.项目研究了GaAs 半导体材料在二极管泵浦固体激光器（DPSS）中的三种创新式应用。在掺杂不同的DPSS 激光器中，观察到皮秒级的锁模脉冲。实验显示，观察到的现象的物理本质是由于自由载流子引起的晶片中非线性双折射率的栅格化分布，从而形成的与光强度相关的腔损耗。采用特殊镀膜处理的GaAs 晶片作为输出耦合器，当输出镜反射率为94%、最大泵浦功率为15W时，获得连续锁模激光输出为1.14W，激光在1990 nm 附近震荡。由自相关曲线测量的脉冲宽度约为1.0ps。.因条件限制,虽然进行了Tm:YVO4 晶体的激光实验，但是未能在Tm:YVO4 激光器中实现被动锁模输出，达到获得2-μm波段超短激光脉冲的预期成果。同时，虽然我们研究了所观察到的现象背后的物理本质，但未能从理论上给出被动锁模机理的系统性描述。