克尔透镜锁模飞秒钛宝石激光器前沿技术的研究1-research on the advanced technology of kerr lens mode-locked femtosecond ti sapphire laser 1

致谢致 谢本论文是在导师王清月教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。导师渊博的学识、严谨的 治学态度、对许多问题精辟的见解，使我受益匪浅，是我将来工作和学习的榜样。攻读博士 学位期间，导师从学业和生活上给

中 文 摘 要 本 文 从 理 论 和 实 验 两 方 面 详 细 研 究 了 克 尔 透 镜 飞 秒 掺 钛 蓝 宝 石 激 光 器 的 运 转 特 性 。 利 用 线 性 和 非 线 性 A B C D 矩 阵 以 及 小 信 号 光 斑 变 化 量 等 参 数 对 克 尔 透 镜 锁 模 激 光 器 的 启 动 进 行 了 详 细 的 理 论 分 析 ； 并 对 特 性 ， 以 及 S E S A M 的 负 克 尔 效 应 对 激 光 器 锁 模 启 动 的 影 响 直 接 从 钛 宝 石 飞 秒 激 光 器 产 生 超 连 续 光 谱 进 行 了 系 统 的 实 验 研 究 。 主 要 包 括 以 下 内 容 ： 1 ． 基 于 S E S A M 的 负 克 尔 效 应 特 性 ， 对 含 S E S A M 的 五 镜 腔 激 光 器 进 行 了 理 论 分 析 。 结 果 表 明 ， S E S A M 的 引 入 可 以 使 激 光 器 的 锁 模 启 动 工 作 点 更 加 靠 近 C W 运 转 的 稳 区 边 缘 ， 从 而 获 得 更 强 的 非 线 性 ， 使 激 光 器 更 容 易 自 启 动 。 因 此 ， S E S A M 除 了 其 量 子 阱 材 料 的 可 饱 和 吸 收 效 应 能 启 动 锁 模 外 ， 本 身 的 负 克 尔 效 应 也 有 助 于 锁 模 的 自 启 动 。 2 ． 从 钛 宝 石 激 光 器 的 克 尔 透 镜 锁 模 原 理 出 发 ， 基 于 晶 体 内 激 光 和 泵 浦 激 光 耦 合 情 况 随 腔 内 功 率 变 化 这 一 事 实 ， 给 出 了 克 尔 透 镜 锁 模 过 程 中 类 可 饱 和 吸 收 体 的 表 达 式 ； 并 利 用 类 可 饱 和 吸 收 体 实 现 被 动 锁 模 的 自 启 动 条 件 ， 给 出 了 用 小 信 号 光 斑 变 化 量 表 示 的 克 尔 透 镜 锁 模 启 动 条 件 。 3 ． 利 用 克 尔 透 镜 锁 模 自 启 动 条 件 ， 对 常 用 的 四 镜 腔 激 光 器 的 启 动 特 性 进 行 了 系 统 分 析 。 结 果 表 明 ， 当 四 镜 腔 激 光 器 两 臂 长 度 相 等 时 可 以 获 得 最 大 的 非 线 性 。 同 时 ， 可 以 通 过 改 变 激 光 器 相 等 两 臂 的 长 度 和 聚 焦 透 镜 的 焦 距 对 激 光 器 进 行 优 化 ， 进 而 提 高 谐 振 腔 的 有 效 非 线 性 。 4 ． 提 出 一 种 易 启 动 和 高 稳 定 的 克 尔 透 镜 锁 模 激 光 器 新 型 谐 振 腔 ， 即 在 谐 振 腔 的 一 臂 引 入 一 个 具 有 大 曲 率 半 径 的 球 面 反 射 镜 。 此 新 型 腔 结 构 的 有 效 非 线 性 变 量 可 以 得 到 大 幅 度 的 增 加 ， 自 启 动 锁 模 的 稳 区 调 节 面 积 也 大 大 增 加 。 5 ， 直 接 从 运 转 在 自 调 Q 自 锁 模 状 态 下 的 钛 宝 石 激 光 器 获 得 超 连 续 光 谱 输 出 ， 光 谱 范 围 覆 盖 一 个 倍 频 程 ( 4 6 0 n m ～ 1 1 0 0 n m ) ， 首 次 实 现 钛 宝 石 飞 秒 激 光 器 的 输 出 光 谱 在 短 波 方 向 突 破 5 0 0 r i m 。 钛 宝 石 激 光 器 克 尔 透 镜 锁 模 自 启 动 超 宽 光 谱 关 键 词 ：