Yb离子激光器中二维Bi2Te3拓扑绝缘体引起的被动调Q研究

• 作 者: 杨婧男
• 出 处: 青岛大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 二维Bi2Te3拓扑绝缘体 被动调Q Yb离子激光器 Yb:LuPO4 Yb:YCOB Yb:GdCOB

Bi₂Te₃等二维拓扑绝缘体,是近年来出现的一类新型二维可饱和吸收体。因其具有极短的恢复时间或驰豫时间,这类二维拓扑绝缘体可以作为高速被动Q开关,用于固体激光器的被动调Q,产生高重复率脉冲激光。然而,受二维材料膜层内非饱和光吸收产生的热效应限制,Yb或Nd离子激光器中,由这类二维拓扑绝缘体被动调Q所产生的脉冲输出功率,长期以来一直停留在1-W的水平,而最短的激光脉冲宽度也有近400 ns。本论文工作中,我们通过采用高输出耦合透过率的平行平面腔来降低腔内的循环激光功率,有效地减轻了二维可饱和吸收体中的热效应,实现了Yb:LuPO₄、Yb:YCOB和Yb:GdCOB晶体激光器中稳定的二维Bi₂Te₃被动调Q,使脉冲输出功率提高至4-5 W水平,而最小脉冲宽度则降至40 ns以下。利用975-nm半导体激光器泵浦的4-mm近微片腔,在T=10%-90%的输出透过率范围内,实现了Yb:LuPO₄晶体激光器的被动调Q激光运转。在T=50%的最佳输出透过率下,获得了1014.5 nm的高重复率脉冲激光运转;产生的脉冲输出功率达到5.02 W,斜率效率54%,脉冲重复率1.67 MHz,脉冲宽度为55 ns。而在T=80%的高输出透过率下,实现了1004.9和1012.7 nm的双波长脉冲激光运转,脉冲输出功率和重复率分别可达3.94 W和1.38 MHz,脉冲宽度为34 ns;所产生的最大脉冲能量和最高峰值功率为3.0μJ和85.3 W。在相同的泵浦条件下,利用相近的平行平面腔,实现了高输出耦合透过率下Yb:YCOB和Yb:GdCOB晶体激光器的稳定的被动调Q。在T=70%的最佳输出透过率下,Yb:YCOB晶体激光器产生的最高脉冲输出功率可达3.85 W,重复率为400kHz;相应的脉冲能量、脉冲宽度和峰值功率分别为9.63μJ、96 ns和100.3 W。Yb:GdCOB晶体激光器的最佳输出透过率是T=50%,在325 kHz的脉冲重复率下输出功率达到2.38 W;相应的脉冲能量、脉冲宽度和脉冲峰值功率分别为7.32μJ、104 ns和70.4 W。