基于掺镱（铥）硅酸钪晶体的超短脉冲激光特性研究

硅酸钪Sc2SiO5 (SSO) 是一种性能优良的新型激光晶体基质，具有高热导率、负折射率温度系数等特征，有望用于大功率激光器。本项目拟在对掺镱硅酸钪（Yb:SSO）、掺铥硅酸钪（Tm:SSO）晶体的物理与光谱特性全面表征的基础上，首次从理论和实验上研究半导体激光泵浦下Yb:SSO、Tm:SSO晶体分别在1μm、2μm 波段被动锁模超快激光特性。拟采用半导体饱和吸收镜（SEASM）为被动锁模元件，研究Yb:SSO 1μm 波段连续波锁模超快激光机理以及稳定运转的基本条件；探索采用新型半导体量子阱饱和吸收体实现Tm:SSO 2μm波段锁模激光输出的可行性，揭示产生2μm 波段连续波激光锁模机理；并研究其色散特性，补偿谐振腔内的群速度失配，优化吸收镜参数和激光腔参数，分别在1μm、2μm 波段实现较大稳定区域的高功率、宽调谐连续波超短脉冲激光输出。

硅酸钪Sc2SiO5 (SSO) 是一种性能优良的新型激光晶体基质，具有高热导率、负折射率温度系数等特征。本项目对掺镱硅酸钪（Yb:SSO）、掺铥硅酸钪（Tm:SSO）晶体的物理与光谱特性进行了全面的表征，测量了5%掺杂Yb:SSO、4%掺杂Tm:SSO晶体的光谱特性参数, 并对其热透镜效应特性、宽调谐激光特性进行了测试；从理论和实验上研究了LD泵浦Yb:SSO晶体以碳纳米管、石墨烯、SESAM为调制元件的连续波锁模机理及稳定性条件，实现了百飞秒量级脉宽的1μm波段超短脉冲激光输出；研究了掺铥硅酸钪（Tm:SSO）晶体 2μm波段脉冲激光输出特性，分别采用碳纳米管、石墨烯饱和吸收体作调制元件，实现了LD泵浦Tm：SSO晶体的2μm波段被动调Q、调Q锁模、连续锁模激光运转。分别搭建了1μm、2μm 波段超快激光实验系统，优化了谐振腔参数，为该类全固态超快激光器的研制奠定了理论和实验基础，完成了预期目标。研究结果表明Yb:SSO/ Tm:SSO晶体在全固态超快激光器件中有非常重要的实用价值和发展前景。同时本项目的成功实施对此类硅酸钪超快激光晶体的优化生长、对低成本波长调谐范围宽的新型碳基饱和吸收体的制作研究也提供了重要的参考依据。基于相关的理论和实验研究成果，本课题还对其它几种性能相近的掺Yb（Tm）超快激光晶体的超短脉冲激光特性进行了研究，取得了一些创新性成果。在本项目的资助下，发表SCI 论文27 篇，EI 论文1篇，国内核心期刊论文2篇，授权国家发明专利1 项，获山东省自然科学二等奖1 项，培养研究生8名。