碳纳米管驱动的Tm:YAP 2 μm脉冲激光性能实验研究

本研究论文聚焦于基于碳纳米管技术的Tm:YAP（掺铒钇铝石榴石）晶体在2 μm波段的脉冲激光特性实验。作者采用了一种结构简洁且紧凑的直线腔设计，其中单壁碳纳米管（SWCNT）作为主要的饱和吸收体，这一设计使得激光二极管（LD）能够有效地抽运Tm:YAP晶体，实现被动调Q（Quasi-Phase-Matched）和调Q锁模（Q-switched mode locking, QML）脉冲激光的运行。 首先，当腔长设定为30毫米时，研究人员观察到了稳定且高效的2 μm被动调Q激光输出。在抽运功率为8.64 W的情况下，最大平均输出功率达到了507 mW，这表明了高效率的光转换能力。同时，最高重复频率达到26.91 kHz，显示出较高的脉冲频率响应。最窄的脉宽为262 ns，这意味着激光脉冲具有相当高的时间分辨率，而对应的单脉冲能量则为18.8 μJ，显示出强大的脉冲能量。 进一步地，当腔长增加至80毫米，系统表现出调Q锁模激光运转的特点。在这个条件下，最大平均输出功率提升到了387 mW，调Q包络脉冲的最高重复频率为34.61 kHz。更为显著的是，调Q包络下锁模脉冲的重复频率甚至可以达到1.87 GHz，这是调Q锁模技术的一个重要突破，反映了激光输出的极高稳定性。 碳纳米管作为饱和吸收体的优势在于其独特的光学性质，它能有效地吸收和散射特定波长的光，从而调控激光的发射行为。Tm:YAP晶体的选择也因其在2 μm波段的良好性能而被广泛用于光纤通信和量子信息技术等领域。此研究不仅提供了对碳纳米管在激光器应用中的新见解，也为提高2 μm波段脉冲激光器的性能提供了实用的方案。 这项研究通过实验验证了碳纳米管作为调制介质在Tm:YAP晶体2 μm激光器中的潜力，对于推进激光器技术的发展，特别是短脉冲、高重复频率和高功率输出的应用有着重要的实际意义。未来的研究可能继续探索碳纳米管材料与其他新型吸光材料的结合，以优化激光系统的整体性能。