百kHz大能量皮秒激光产生方法及其动态过程研究

针对高重复频率（百kHz及以上）、大能量（几百微焦）皮秒激光产生方法中存在，种子光利用率低、高功率锁模易导致半导体可饱和吸收镜（SESAM）损伤等技术瓶颈和YVO4晶体严重的热效应限制大能量皮秒激光产生以及深入分析百kHz腔倒空锁模和再生放大器复杂动态过程等科学问题，本项目开展了百kHz大能量皮秒激光产生方法及其动态过程的研究。.采用腔倒空锁模直接产生百kHz频率、几十纳焦能量的皮秒种子光，导入百瓦级914 nm泵浦的Nd:YVO4再生放大器放大，此方法使种子光频率与再生放大器一致，因此不需要脉冲选择器且种子光利用率高；低平均功率的腔倒空锁模种子光，减少了SESAM上功率热负荷，有利于延长其寿命；914nm泵浦具有量子效率高，Nd:YVO4晶体热效应小等优点。.腔倒空锁模与再生放大相结合的技术方法，对获得高重频、大能量皮秒激光更具技术优势和发展前景，此方法未见国内报道。

SESAM锁模技术使得皮秒激光器由过去复杂、不稳定，大家可望不可及变得大众完全接受，具备了应用的可能，从此也带来了对高重频大能量皮秒激光产生、放大技术的研究热潮。通过创新解决皮秒激光产生及其放大过程中的科学技术问题，最终实现更大能量的高重频、高光束质量全固态皮秒激光的目标。.本项目围绕着百千赫兹大能量皮秒激光产生方法及其放大过程，开展了连续泵浦高重频Nd:YVO4、Nd:YAG及Nd:YLF再生放大器和Nd:YVO4腔倒空锁模激光器动态过程数值模拟；808nm和888\914 nm带内泵浦波长下Nd:YVO4晶体热效应分析；888nm、914nm泵浦Nd:YVO4和885nm泵浦Nd:YAG，高功率、高效率、高光束质量调Q激光器实验研究；888nm、914nm泵浦Nd:YVO4和885nm泵浦Nd:YAG，百kHz高功率、高效率、高光束质量再生放大器实验研究；888nm泵浦Nd:YVO4 MHz大能量腔倒空SESAM锁模激光器实验研究；以及高重频再生放大器和高重频腔倒空锁模激光器关键器件—普克尔盒电光晶体特性研究。.通过上述研究，建立了连续泵浦下腔倒空锁模激光器动态过程模拟模型，首次给出了带内888nm泵浦下，高重频Nd:YVO4腔倒空SESAM锁模激光器，腔内增益、损耗、倒空率腔长等参数，影响多脉冲形成过程的数值解；通过Nd:YVO4、Nd:YAG和Nd:YLF再生放大器动态过程的数值模拟，提出采用上能级寿命较长的Nd:YAG晶体，不需要增加预放等提高注入种子光能量的方法，即可实现稳定的百kHz大能量皮秒激光再生放大输出，并通过带内泵浦技术在实验上获得了单脉冲能量200uJ、脉宽15.7ps、高光束质量的百kHz再生放大器输出，885nm泵浦Nd:YAG百kHz大能量再生放大器这一研究结果未见国内外报道过。上述研究结果不仅对此领域的科学研究有重要意义，而且实验获得的最终结果证明所采用的实验方案具有实际应用价值。