棱边倒角面抽运热键合平板波导固体激光器

采用晶体热键合方法加工制作了YAG/Nd:YAG/YAG单包层平板波导,波导晶体几何尺寸为12 mm×5 mm×1 mm,其中中心掺杂层Nd:YAG厚度约为0.2 mm,对称外包层YAG厚度约为0.4 mm。采用一种新的抽运方法—棱边倒角面抽运方法对晶体进行抽运:波导晶体的一条12 mm长棱边加工成大小为12 mm×0.3 mm的倒角面,快轴准直抽运激光二极管(LD)发出的抽运光经聚焦后从倒角面入射进入晶体,抽运吸收效率约为82%。激光器谐振腔采用平-平腔,其中全反镜直接在波导晶体端面镀高反膜实现,输出镜尽可能靠近晶体另一端面,腔长约12mm。当输出镜透射率为6.6%,激光二极管抽运光功率约为49.5 W时,得到输出激光功率13.6 W,光-光转换效率约27.5%,导波方向光束质量M2因子1.9。激光器实现了较高的光-光转换效率和较好的导波方向光束质量。     

激光二极管侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器

报道了激光二极管(LD)侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器.对影响侧面抽运薄片激光器性能的主要因素,即圆薄片增益介质内晶体光分布和沿径向的温度分布进行了理论分析和实验.实现了光-光转换效率为33.5%,峰值功率为230 W,光束参数乘积为21.6 mm·mrad的激光输出.实验结果表明,侧面抽运在薄片Nd:YAG晶体内可实现对称均匀的分布,沿径向的温度差大大减小;Nd:YAG/YAG薄片晶体的复合可满足侧面抽运的要求.这些技术和方法可应用于更高功率的侧面抽运薄片激光器.     

高效激光二极管侧面抽运Nd:YAG模块

提出了定量表征激光棒内吸收抽运光分布均匀性特征参量--吸收抽运光分布均方根偏差相对值,利用该参量以及自行编制的光线追迹程序,定量分析了五向侧面抽运Nd:YAG模块内吸收抽运光分布均匀性及耦合吸收效率随激光二极管(LD)Bar条与Nd:YAG棒表面间距的变化规律,确定了侧面抽运模块优化结构参数;在此基础上研制了抽运频率为100 Hz,占空比为2%的侧面抽运Nd:YAG模块,其808 nm最大平均抽运功率为200 W,1064 nm短腔最大输出功率为95 w,光-光转换效率为47.5%.     

700 mJ紧凑型激光二极管抽运Nd:YAG主振荡功率放大系统

报道了一种紧凑型激光二极管(LD)侧面抽运的高能量全固态Nd:YAG主振荡功率放大系统。放大系统整体采用半导体制冷器进行冷却,实现了激光系统的紧凑化和小型化。主振荡器使用了直径为7 mm、长度为100mm、掺杂浓度(原子数分数)为1.1%的Nd:YAG晶体棒,在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350mJ、脉宽为9.7ns的激光输出。功率放大级使用直径为7.5mm、长度为134mm、掺杂浓度为1.1%的Nd:YAG晶体棒作为增益介质,放大后得到了能量为700mJ、脉宽为10ns的激光输出。     

脉冲半导体激光器端面抽运Nd:YAG晶体瞬态热分析

为了研究脉冲半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应,对激光晶体瞬态温度场以及热形变场进行解析分析与计算。考虑到脉冲LD出射光具有超高斯分布,且Nd:YAG晶体热传导各向同性的特点,利用热传导Poission方程得到了超高斯分布脉冲LD端面抽运Nd:YAG晶体瞬态温度场以及热形变场的一般解析表达式,定量分析了单脉冲抽运过程中超高斯抽运光光斑半径及超高斯阶次、脉冲宽度对Nd:YAG晶体瞬态温场的影响以及准热平衡状态温度场的时变特性。结果表明,当脉冲LD端面抽运光具有3阶超高斯分布、抽运功率为80W、脉冲频率为100Hz、脉宽为200 s、钕离子掺杂质量分数为0.01的Nd:YAG晶体瞬态温度场随抽运脉冲呈现出周期性分布,准热平衡状态的温度在25.5℃到29.2℃之间成锯齿形周期分布;晶体抽运面的热形变量在0.13m和0.19m之间也呈现出周期性变化。该研究对于脉冲LD端面抽运全固态激光器热不敏谐振腔设计具有理论指导意义。     

梯度浓度掺杂复合板条抽运分布均匀性的分析

为了提高板条介质内抽运分布的均匀性,基于LD双端抽运Nd:YAG陶瓷板条放大器设计方案,理论分析了端面抽运条件下,单一浓度掺杂和梯度浓度掺杂板条介质吸收的抽运功率密度分布情况。通过分析可知,对于单一浓度掺杂板条,会产生抽运效率与抽运吸收功率均匀性之间的相互制约问题,而采用梯度浓度掺杂板条介质,在较高的抽收效率情况下,抽运吸收功率分布更加均匀。结果表明,采用梯度浓度掺杂结构可以提高板条介质内抽运分布的均匀性。     

LD侧泵模块结构参数优化实验研究方法与装置

提出了对LD侧泵棒状激光介质模块结构参数进行定量优化研究的简便实验装置和方法,该装置与方法能够定量分析研究LD与激光棒表面间距、环绕激光棒泵浦光方向数量及激光棒掺杂浓度等参数对于激光棒内增益分布均匀性及模块耦合吸收效率的影响;利用上述装置与方法定量分析了LD与激光棒侧面间距对侧泵Nd：YAG模块的耦合效率及增益分布均匀性的影响,确定了其优化值。     

端面抽运复合Nd:YAG陶瓷板条激光介质温度和应力分布的理论分析

基于提出的能量均分方法,理论分析和系统模拟了大功率激光二极管(LD)端面抽运Nd:YAG激光陶瓷板条阶变梯度浓度掺杂情况下板条温度分布及应力分布情况.采用板条阶变梯度浓度掺杂结构,在抽运效率很高的情况下,抽运吸收光功率分布更加均匀,产生更小的热应力,从而解决抽运效率和抽运吸收功率均匀性之间的矛盾.     

LD抽运1kHz电光调Q 946nm Nd:YAG激光器

对激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YAG晶体产生946 nm激光输出的热效应及输出特性进行了实验对比。实验测量了晶体的端面温度以及热焦距,当吸收抽运光功率达到10 W时,掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG晶体端面温度为25.9℃,约为相同掺杂浓度下普通晶体的1/3。且相同条件下,端帽键合Nd∶YAG晶体能有效缓解热透镜效应。利用波片补偿电光晶体热退偏的方法,实现了频率为1 k Hz电光调Q 946 nm激光输出。在抽运功率为10.4 W时,使用掺杂原子数分数为0.5%的端帽键合Nd∶YAG晶体作为增益介质,获得最大输出功率为311 m W,脉冲宽度为17 ns的电光调Q 946 nm激光输出,功率不稳定性为2.7%。最大输出功率分别是同等条件下使用掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG晶体的2倍以及普通Nd∶YAG晶体的3倍。     

LD抽运的全固态三倍频紫外激光器

激光二极管(LD)抽运全固态激光器具有效率高、体积小、价格低、使用维护方便等优点,LD抽运固体激光通过频率变换产生紫外激光是目前的研究热点之一.目前已有用LD抽运Nd∶YAG激光器经四倍频在266 nm处输出20.5 W的报道,国际上广泛开展了全固态紫外激光的研究,研究主要集中在LD抽运Nd∶YAG调Q激光进行三倍频、四倍频,以及采用外腔谐振技术的连续Nd∶YAG激光的四倍频技术,对于连续输出的全固化三倍频激光(355 nm)还很少见报道. 实验中的激光介质为φ4 mm×10 mm的Nd∶YAG,两端镀1.064 μm及808 nm高增透膜,采用球面镜作为腔镜,二倍频晶体为II类位相匹配的KTP晶体,晶体尺寸为5 mm×5 mm×7 mm,三倍频晶体采用Ⅱ类位相匹配的LBO晶体,晶体尺寸为4 mm×4 mm×10 mm,R=100 mm平凹镜为全反射镜,R=30 mm的平凹镜为输出镜,对1.064 μm及532 nm高反射同时对紫外光355 nm高透过;三倍频晶体放在腔内的束腰处,腔长约120 mm,接近共焦腔.在半导体抽运Nd∶YAG全固态激光的基础上,采用内腔倍频技术,当半导体注入抽运功率为8 W时,产生约3 mW连续运转的355 nm紫外激光,当采用声光调Q运转时,产生的三倍频紫外激光输出平均功率超过50 mW.(OC2)     

激光二极管纵向抽运Nd:GSGG全固化激光器的输出特性

Nd∶Gd3Sc2Ga3O12(Nd∶GSGG)晶体具有荧光寿命长、物化性能稳定、易实现Nd3 离子高浓度均匀掺杂以及易于制成大尺寸无应力和杂质核心类缺陷的激光晶体元件等优点,是一种潜在的优良激光材料。为了研究其激光特性,在不同腔长、抽运半径和抽运波长情况下,对激光二极管(LD)纵向抽运的非对称平行平面腔Nd∶GSGG全固化激光器的输出特性进行了实验研究。在抽运功率为2355 mW时,实现了稳定的345 mW激光输出,光-光转换效率为14.65%,斜率效率为16.61%,输出光斑呈现出较好的空间分布。     

大功率线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器特性研究

对激光二极管(LD)抽运固体激光器中大功率线阵激光二极管三向对称侧面抽运的漫反射腔结构进行了研究。激光器使用Nd∶YAG作为激光晶体,电光器件材料为KD*P晶体,漫反射体为陶瓷材料。实验表明,抽运光的利用率和均匀性有较大提高。在重复频率为10 Hz下,实现了脉冲宽度8 ns,最大平均功率为近2 W的1064 nm红外激光输出,激光器的效率有显著提高。     

大功率线阵激光二极管侧面抽运Nd:YAG激光器特性研究

对激光二极管（LD）抽运固体激光器中大功率线阵激光二极管三向对称侧面抽运的漫反射腔结构进行了研究。激光器使用Nd：YAG作为激光晶体，电光器件材料为KD^＊P晶体，漫反射体为陶瓷材料。实验表明，抽运光的利用率和均匀性有较大提高。在重复频率为10Hz下，实现了脉冲宽度8ns，最大平均功率为近2W的1064nm红外激光输出，激光器的效率有显著提高。     

输出5 W的电光调Q Nd:YAG陶瓷激光器

研究了激光二极管(LD)侧向抽运的Nd:YAG陶瓷电光调Q激光器的激光输出特性.该激光器采用九组激光二极管线阵列(LDA)侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构,并用微通道热汇冷却技术冷却.在电光调Q方式下,重复频率为100 Hz,抽运单脉冲能量为416 mJ时,用尺寸为φ5 mm×75 mm,掺杂原子数分数为1%的Nd:YAG陶瓷棒,获得50 mJ的1064 nm激光输出,脉冲宽度为12 ns,斜率效率达24%.并实验测量和分析了偏振片,KD*P晶体,四分之一波片等调Q器件的插入损耗.测量了输出激光时间波形和光斑的光强空间分布.     

大口径轴向非均匀Nd:YAG晶体抽运设计

通过抽运结构的优化设计,对YAG晶体的轴向吸收系数非均匀特性进行了补偿,实现了直径15 mm Nd∶YAG晶体的轴向高均匀抽运。分析了轴向非均匀晶体吸收系数的影响,提出在控制抽运光中心波长的基础上,通过改变结构参数来补偿轴向吸收系数不均匀导致的抽运不均匀的方法。实验验证了轴向吸收系数为2.343~2.882 cm-1的Nd∶YAG棒的均匀抽运优化方案。     

高浓度Nd:YAG晶体微片获得高效激光输出

我们采用温梯法 ( TGT) ,获得了大尺寸、高掺杂的 Nd:YAG晶体。晶体掺杂浓度高达 3.0at- % ,是目前所见报道中最高的掺杂浓度。激光器采用平 -凹腔结构 ,用 Ar 离子抽运的钛宝石激光器作为抽运源 ,抽运波长调谐在80 8nm。抽运光经 f =75 mm的聚焦镜聚焦在 5 mm× 5 mm× 1 mm,掺杂浓度为 2 .5 at- %的晶体微片上。其中 Nd:YAG晶体输入面镀 80 8nm的增透膜和 1 .0 6μm的高反膜 ,可直接作为平面腔镜 ,另一面镀 80 8nm的高反膜和 1 .0 6 μm的增透膜 ,这样可以使抽运光返回晶体中再次吸收 ,提高抽运光的吸收效率 ,又避免了抽运光和 1 .0 …     

LD端面抽运Nd:GYSGG最佳增益长度分析与实验研究

激光二极管（LD）端面抽运激光器存在一个最佳增益介质长度,过长或者过短的晶体都会导致激光器输出性能的降低。为了研究热致衍射损耗对最佳增益介质长度的影响,采用理论分析与实验相结合的方法,通过对晶体增益与损耗平衡理论分析计算,求解得到了Nd:GYSGG晶体的最佳增益长度为7.8mm。同时开展了对不同长度晶体的激光对比实验,证明了接近最佳增益长度的8mm晶体实验效果最佳,在脉冲抽运频率1kHz、能量约7.6mJ条件下,获得了约2.4mJ激光输出,相应的光光转化效率为31.6%。结果表明,该研究对LD端面抽运Nd:GYSGG激光器的优化设计具有参考意义。     

138 W窄脉宽全固态绿光激光器

报道了绿光平均功率达138 W的声光调Q内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器。为了进一步提高绿光激光器的输出功率以及压窄脉宽,通过倍频晶体相位匹配角随温度变化的分析以及腔型的研究,设计并优化了U型谐振腔。实验中采用两个聚光腔,每个聚光腔由35个20 W的高功率激光二极管(LD)侧面抽运Nd∶YAG棒,利用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔内倍频,实现了高平均功率内腔倍频激光器的稳定运转。在两个聚光腔的激光二极管抽运电流分别为18.5 A,20.5 A时,获得了重复频率为10 kHz,脉冲宽度优于49 ns,输出功率为138 W的高功率、高重复频率、窄脉宽绿光(532 nm)输出,光-光转换效率为14.1%,不稳定度为±2.8%。     

LD侧泵全固态Nd∶YAG/KTP高功率连续绿光激光器

报道了LD侧泵全固态Nd∶ YAG/KTP高功率连续绿光激光器.泵浦组件为中科院半导体所生产的808 nm半导体激光器(LD)组件,由9个20 W的激光二极管组成(呈三角形等间距分布),最大泵浦功率为180 W.在平凹直腔的腔型结构下,当LD连续抽运3 mm×65 mm Nd∶ YAG激光棒时,分别选用不同长度的KTP倍频晶体,实现了II类临界相位匹配腔内倍频,最终在泵浦电流22.5 A时,获得了最大功率为21.3 W的连续、稳定532 nm激光输出,输出不稳定度优于2%,光-光(1064～532 nm)转换效率为42.6%.     

晶体热效应对激光二极管抽运调Q固体激光器转换效率的影响

研究了在考虑晶体热效应的情况下,如何最优化设计激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器。综合考虑抽运光束分布、抽运功率、谐振腔结构以及激光介质的热效应对激光器转换效率的影响,给出设计激光器的一套仿真计算算法。结果表明,热致衍射损耗与抽运光半径、抽运功率、腔长、振荡光半径以及晶体材料有关,与输出镜透射率以及重复频率无关。在考虑热致衍射损耗的情况下,当抽运功率一定时,最佳的抽运光参数和谐振腔参数能使Nd:YAG的转换效率最大。