반도체 포화 흡수체 거울을 이용한 Yb:YAG 레이저의 Q-스위칭 및 모드 잠금에 관한 연구

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By longitudinally pumping a Yb:YAG laser with a laser diode, a high output power and good quality beam profile can be obtained. If this Yb:YAG laser can be operated as a pulse laser, then the laser can be utilized in a range of fields requiring high-precision materials processing. One pulse generation method is the installation of a saturable absorber inside the laser cavity, such as the semiconductor saturable absorber mirror (SESAM) used with solid state lasers. Depending on the conditions of the SESAM and cavity, the laser can be operated in Q-switched, mode-locked, or Q-switched and mode-locked pulse modes. The easiest way to select the pulse mode is to adjust the cavity length; when the cavity length is elongated, the laser changes from the Q-switching to the mode-locking mode with the help of the SESAM.
In this thesis, we study Q-switching and mode-locking of an Yb:YAG laser using an SESAM. To optimize the pumping optics of the laser cavity, we investigated the dependence of the laser output on the radius of curvature of the dichroic mirror used for the longitudinal pumping. The designed continuous wave (CW) laser has a slope efficiency of 26.3% and a beam quality (M2) of 1.13. The SESAM and a short cavity with the designed pumping optics generate Q-switched pulses from the Yb:YAG laser with a pulse width of about 220 nm and a maximum energy of 20.5 mJ. Furthermore, the SESAM and a longcavity produced a mode-locked pulse with a pulse width of about 880 ps and an average power of 460 mW at a 20 MHz repetition rate.
Alternative Title
A study on Q-switching and mode-locking of a Yb:YAG Laser using a Semiconductor Saturable Absorber Mirror
Alternative Author(s)
Ahn, Chul Yong
일반대학원 광기술공학과
Awarded Date
Table Of Contents
제1장 서 론 1

제2장 이 론 3
제1절 Yb:YAG 매질 3
1.1 Yb:YAG 매질 특성 3
1.2 준안정 3준위 레이저 4
제2절 근축광선을 이용한 레이저 공진기 해석 6
2.1 광선 전달 행렬 6
2.2 레이저 공진기의 안정 조건 및 공진 모드 크기 9
2.3 Gaussian 모드 전파 10
제3절 Q-스위칭과 모드 잠금 14
3.1 Q-스위칭 동작 원리 14
3.2 모드 잠금 15
제4절 반도체 포화흡수체 거울(SESAM)에 의한 펄스 발생 18

제3장 실험 결과 및 논의 20
제1절 종펌핑된 Yb:YAG 레이저 공진기 설계 및 제작 20
1.1 종펌핑 구조의 Yb:YAG 레이저 구조 20
1.2 Yb:YAG 레이저에서 펌프광 크기 계산 구조 21
1.3 Yb:YAG 레이저에서 펌프광 크기 계산 24
1.4 설계된 Yb:YAG 레이저 출력 특성 26
제2절 SESAM을 이용한 Yb:YAG 레이저 펄스 발생 29
2.1 SESAM을 이용한 Yb:YAG 레이저의 Q-스위칭 펄스 발생 29
2.1-1 Q-스위칭 레이저 공진기 구성 29
2.1-2 Q-스위칭 Yb:YAG 레이저의 출력 특성 31
2.1-3 Q-스위칭 Yb:YAG 레이저의 출력 특성 분석 35
2.2 SESAM을 이용한 Yb:YAG 레이저의 모드 잠금 펄스 발생 40
2.2-1 모드 잠금 레이저 공진기 구성 40
2.2-2 모드 잠금용 레이저 공진기의 모드 빔 크기와 안정도 분석 42
2.2-3 모드 잠금된 Yb:YAG 레이저 출력 특성 44
제4장 결론 47

[참고문헌] 55

[감사의 글] 58
조선대학교 대학원
안철용. (2012). 반도체 포화 흡수체 거울을 이용한 Yb:YAG 레이저의 Q-스위칭 및 모드 잠금에 관한 연구.
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General Graduate School > 3. Theses(Master)
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