Novel solid-state laser systems with engineered nonlinear materials

QC 2024-11-19

Abstract

Denna avhandling behandlar utvecklingen av nya ljuskällor baserat på fasta-tillståndslasrar och kan delas upp i två huvudområden: en ny modlåsningsmekanism demonstreras med Nd:YVO₄-lasrar och ett intrakavitärt ickelinjärtmaterial som kan producera ljus och mörk modlåsning, och en laser baserad på en bakåtvågs optisk parametrisk oscillator (BWOPO) för att mäta CO₂. Modlåsningsforskningen är uppdelad i tre artiklar. I den första artikeln utvecklade vi den första mörkpulsmodlåsningskällan baserad på fasta-tillståndslasrar. Systemet använde en periodiskt polad KTiOPO₄ (PPKTP) inuti en kontinuerlig (CW) Nd:YVO4-laser vid 1064 nm, tillsammans med en femtosekundspulsad Yb:KYW laser vid 1040 nm. Kristallen fasmatchade summafrekvensgenerering (SFM) mellan de två ljuskällorna, vilket gav upphov till en tidsberoende förlust. När CW-laserns rundtrippstid matchade femtosekundslaserns pulser, formades stabila mörka pulser med en längd på 10 ps och ett moduleringsdjup på 90%. I den andra artikeln visade vi att de mörka och ljusa pulserna kunde genereras passivt om femtosekundslasern byttes ut mot en CW-laser vid 1342nm. Kristallens SFM motsvarade en korsamplitudmodulering (XAM), vilket gjorde det möjligt att skapa pulser. En dikroisk spegel användes för att dela upp kaviteterna i två delar: en delad arm där den intrakavitära icke-linjära kristallen var placerad, och en separat del där de självständigt diodpumpade laserkristallerna placerades. Genom att matcha rundtrippstiden skapades synkrona, ljusa och mörka pulser; 250 ps ljusa pulser formades i 1064 nm lasern och mörka pulser i 1342 nm-lasern. På detta sätt kunde SFM och därmed förlusterna för lasrarna minimeras. I den tredje artikeln vidareutvecklade vi modlåsningen genom att öka den intrakavitära intensiteten, vilket ledde till en kaskaderad andra ordningens icke-linjäritet i form av Kerr-lins-modlåsning. Den ökade intensiteten från XAM möjliggjorde en kompression av 1064 nm-pulserna. De ljusa pulserna i 1064 nm-lasern blev 14 ps och de mörka pulserna genomgick en liknande kompression. I den sista artikeln undersökte vi möjligheten att använda en BWOPO för gasabsorptionsmätningar. Detta gjordes genom att använda en kommersiell multi-longitudinell laser som pump till en BWOPO, vilket genererade en smalbandig backåtvåg vid 2,7 μm. Källan användes för att mäta CO2-absorption i luften i labbet, och temperaturjustering tillät oss att svepa våglängden så att ett absorptionsspektrum kunde tas fram. Källan kunde karakteriseras med hjälp av spektrumet, vilket resulterade i en justeringstakt på -1,79 GHz/K, en bandbredd på 43 pm (1,75 GHz), och en övre gräns för mittvåglängdsstabilitet på 65 MHz. Allt detta uppnåddes passivt av BWOPOn utan några aktiva element.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-356582