1、應用半導體可飽和吸收反射鏡(Semiconductor SaturabLe Absorber Mirror或SESAM)的一個主要原因在于它可以不受諧振腔腔形設計的影響，可以在較寬的范圍內對其線性、非線性光學特性進行控制，這使其在特定諧振腔中的應用具有更大的自由度。另外，由于它的大吸收截面，和由此產生的小飽和通量可以很好地抑制Q調制不穩(wěn)定性，所以半導體可飽和吸收體是用于固態(tài)激光器被動鎖模的理想器件。半導體材料，經過適當的生長法生長和合理

2、的結構設計，可在較寬的范圍內獲得較理想的性能，因此半導體可飽和吸收鏡幾乎適用于所有的固態(tài)激光器。而如何對SESAM進行合理設計，及對它的特性(例如飽和通量、調制深度、非飽和吸收、和恢復時間等)進行正確測量與表征也變得非常重要。國外設計和生長SESAM已比較成熟，國內近年來也開展了SESAM的研制工作，但還處于起步階段。
　　 本論文主要開展了關于SESAM的設計及其超快光譜(即動態(tài)響應特性)測試的研究，具體工作如下：
　　

3、 理論分析給出了SESAM內部量子阱吸收層的厚度與吸收的中心波長之間的函數關系；定義了SESAM中量子阱吸收層的介電函數，并通過計算模擬比較分析了吸收層位置的變化對其電場分布、調制深度、反射光譜等參數的影響；在實驗研究工作中，通過超快激光器中SESAM的熱成像和高功率超快激光對SESAM的損傷，研究了SESAM的損傷機制，給出了激光光斑尺寸與熱損傷和激光器穩(wěn)定性之間的關系。發(fā)現當激光光斑尺寸增大時，SESAM損傷率降低，但激光光斑尺寸

4、增大的同時也會使激光器的穩(wěn)定性下降。在此基礎上，為保護超快激光器中SESAM不受損傷，又保證激光器的穩(wěn)定運行，分析對比了表面介質保護層數對內部電場分布、調制深度等性能參數的影響，并采用鍍制介質保護層的方法來控制量子阱吸收層附近的駐波場強以提高SESAM的損傷閾值；在國內首次采用飛秒激光泵浦探測實驗研究了SESAM的動態(tài)響應特性，并獲得了SESAM的超快光譜，在極高泵浦激光能量密度(能量密度高于1400μJ/cm2)時觀察到了SESAM中

5、的雙光子吸收現象，這在國內尚屬首次。
　　 全文共分為七章，各章的主要內容如下。
　　 第一章系統介紹了鎖模技術的發(fā)展，鎖模技術中極具發(fā)展?jié)摿Φ钠骷猄ESAM的發(fā)展歷程、優(yōu)點與應用，在此基礎上綜述了SESAM鎖模激光器的發(fā)展狀況。為了研究SESAM在超快激光脈沖照射下其內部載流子的動態(tài)響應過程，先介紹了半導體在超快激光作用下的基本超快瞬態(tài)過程，然后介紹了研究SESAM超快瞬態(tài)過程的飛秒激光泵浦探測技術。
　　

6、第二章在對半導體可飽和吸收鏡技術的工作原理、能帶理論、結構類型等方面進行系統綜述的基礎上，研究了SESAM微觀特性與SESAM設計之間的關系，說明了在設計SESAM時影響SESAM微觀特性的幾個關鍵因素。
　　 通過泵浦-探測實驗測量了幾個實際SESAM樣品反射率隨入射光通量之間的變化，其實驗曲線與理論計算曲線有比較明顯的差異，由分析得出實驗與理論曲線之間的差異主要是由SESAM工作時所產生的非線性效應，如雙光子吸收效應(TPA

7、)引起的。利用泵浦探測實驗表征了SESAM樣品的主要宏觀特性—動態(tài)響應特性，即SESAM反射率隨延遲時間的變化，所觀察的SESAM的響應恢復時間可分為三個過程：帶內熱平衡過程、熱載流子冷卻過程和帶間復合過程。
　　 第三章通過光學薄膜原理、半導體能帶理論及半導體量子阱材料的相關知識設計了單量子阱低精細度反諧振法-珀可飽和吸收鏡，用禁帶理論計算得出吸收層厚度和吸收中心波長之間的函數關系，由此函數關系計算得出中心波長1060nm所對

8、應的吸收層厚度為19.5m；利用Tauc-Lorentz模型、克拉默斯-克羅尼格關系(KKR)和二維態(tài)密度定義了吸收層的介電函數；通過模擬計算分析SESAM的內部電場分布，選擇吸收層的插入位置，使吸收層恰好位于其駐波場波峰處，從而實現了對工作波長光的有效吸收。通過模擬計算所設計SESAM的反射光譜得出其吸收的中心波長在1060nm附近，調制深度3％左右，與設計要求相符。
　　 第四章隨著超快激光器向高功率、高脈沖能量發(fā)展，SES

9、AM的損傷機制和高閾值SESAM的研究必不可少。本章通過對高功率飛秒激光器系統中的SESAM進行熱成像，和利用高功率飛秒激光對SESAM進行表面損傷來研究SESAM的損傷機制。在實驗中觀察到當激光在SESAM上的模尺寸增大時，雖然SESAM的損傷幾率可以降低，但同時超快激光器的穩(wěn)定性也會隨著激光光斑尺寸的增大而降低。
　　 第五章為了即保證SESAM鎖模的高功率超快激光器的運行穩(wěn)定，又不使SESAM受到損傷，采用了在SESAM表

10、面鍍制介質層的方法，即提高SESAM的精細度。論文通過研究鍍制SiO2/Ti2O5介質層數所對應的SESAM的內部電場分布、調制深度來控制量子阱吸收層附近的場強，得出當鍍制2個周期SiO2/Ti2O5介質層時，照射到SESAM第—個量子阱吸收層上的光功率為降低為小于原來的50％。同時鍍制介質保護層后的SESAM和原來一樣不會產生Q調制不穩(wěn)定性。
　　 第六章半導體可飽和吸收鏡在激光照射下其內部動態(tài)響應會直接影響其對超快激光脈沖的

11、整形作用。論文通過泵浦探測實驗技術測試了半導體可飽和吸收鏡的動態(tài)響應過程，得出了不同泵浦功率下SESAM的超快光譜、相同泵浦功率SESAM表面不同位置處的超快光譜、SESAM非線性反射率隨入射光能量密度的變化，以及高功率飛秒激光照射下SESAM的超快光譜。得出隨著入射光功率的增大，SESAM的超快光譜會產生非線性變化，當入射光能量密度極高(＞1400μJ/cm2)時在SESAM的超快光譜中觀察到了雙光子吸收現象。
　　 第七章最