第一章 序言
1-1 研究動機
過去 20 多年來由於飛秒鎖模固態雷射的發展，脈衝的重複率也越來越快，
對於重複率達 10GHz 以上的脈衝可以有許多的應用，例如光學採樣(optical sampling)[1] 、光的任意波型產生(optical arbitrary waveform generation)[2]、量子 通信(quantum communication)[3]、光子交換(photonic switching)[4]。而實現高重 複率的脈衝方法有許多種，例如諧波鎖模光纖雷射(harmonically mode-locked fiber lasers )[5,6]，量子井法布里-珀羅雷射(quantum-well Fabry-Perot laser )[7]，被 動 式 諧 波 鎖 模 垂 直 外 腔 面 射 型 雷 射 (passively harmonically mode-locked vertical-external-cavity surface-emitting lasers)[8,9]，被動式鎖模固態雷射(passively mode-locked solid-state lasers)[10,11]。
在固態雷射增益介質之中，二極體激發式摻鐿(ytterbium, Yb)雷射對於小型高 效率的飛秒光源而言，已經被認定為優秀的系統，因為摻鐿物質有較小的量子缺 陷與較高的量子效率。最近摻鐿增益介質已被證實可以用來做克爾透鏡鎖模，包 括 Yb:KY(WO4)2 [12]，Yb:YVO4 [13]，Yb:Y2O3 [14]，以及 Yb:YAG [15]晶體，
但是到目前為止，在摻鐿克爾透鏡鎖模雷射的脈衝重複率還沒有超過 1 GHz。又 最新研究發現，在許多端面激發(end pumped)固態雷射或是半導體雷射中，可以 觀察到自鎖模現象[16,17]，據推測這些自鎖模的物理機制與克爾透鏡以及熱透鏡 有關[14-18]，這些實驗奠定了發展超高重複率鎖模雷射的基礎。
因此在本論文之中，我們用 Yb:YAG 搭配自鎖模來實現高重複率的脈衝雷射，
但是因為 Yb:YAG 有嚴重的熱問題，所以我們試著利用鑽石散熱片來幫助散熱；
在實驗中，我們使用不同濃度的晶體來觀察鎖模的效果，也有搭配不同的共振腔 結構來觀察鎖模效果。
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1-2 本論文架構
本論文的第一章首先敘述研究動機與論文架構。第二章是介紹鎖模的基礎理 論、鎖模分類與超短脈衝量測技術。第三章主要在探討熱效應的影響，由於我們 使用的增益介質 Yb:YAG 屬於準三階雷射系統，對於溫度非常敏感，因此需要 一個有效的散熱方法，以避開高溫，本論文我們藉由使用鑽石散熱片來改善散熱 問題。第四章是 Yb:YAG 自鎖模雷射的偏振態動態分析，在實驗中有觀察到雷 射其兩個正交分量的反相位動態變化行為。第五章為自鎖模雷射的研究，首先探 討採用不同摻雜濃度的 Yb:YAG 晶體，會對其產生什麼影響；再來則是比較共 振腔為平平腔或平凹腔時，其雷射輸出的差異。最後第六章則是總結與未來的研 究方向。
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