LD泵浦皮秒激光脉冲再生放大器

为获得更大的脉冲能量和更高的峰值功率,常需要再生放大器将弱脉冲进行高效放大,本文对LD泵浦的皮秒激光再生放大器进行了分析和实验研究,利用SESAM锁模皮秒激光脉冲作为种子源,成功地研制出了放大倍数达106倍的皮秒再生放大器,脉冲重复频率分别为50Hz和5kI-Iz.     

重复频率100kHz,平均功率2.5W的皮秒脉冲再生放大器

报道了采用RTP晶体作为电光晶体、激光二极管(LD)端面抽运Nd∶GdVO4晶体的锁模皮秒脉冲再生放大器。利用ABCD矩阵优化激光腔几何参数,实现最佳皮秒种子模式与再生模式匹配。在抽运功率7.5 W时,获得了脉宽为12 ps,峰值功率为2.08×106W,重复频率为100 kHz的锁模皮秒激光。光光转换效率达33.3%,能量增益7.67×103倍。TEM00模输出,光束质量因子M2≤1.2,长期稳定性均方根值小于3%。     

激光二极管千赫兹级Nd:YVO4皮秒脉冲激光再生放大器

采用光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4激光晶体,抽运光平均功率为20W,脉冲宽度为100μs,获得了重复频率为1 kHz、平均功率为1.5 W的再生皮秒脉冲激光输出,脉冲宽度约为15 ps,两个方向上的光束质量因子均小于1.4。     

结构紧凑的kHz重复频率光纤-固体皮秒激光光源

优化设计了光纤-固体皮秒激光光源中的窄光谱皮秒脉冲光纤激光振荡器及多级光纤放大器。光纤链路充分抑制了光纤中的放大自发辐射和非线性效应,以使系统工作在低至1kHz重复频率时,仍能保持大于20dB的光谱信噪比及小于0.5nm的光谱带宽。采用三级双通Nd…YVO_4固体放大器对该光纤链路输出的皮秒脉冲进行了放大。当系统重复频率为1,10,100kHz时,分别得到了2.34,4.30,10.30 W的平均功率输出,相应的单脉冲能量分别为2.34,0.43,0.10mJ。在Nd…YVO_4晶体仅为被动散热的条件下,当系统的输出功率不超过7 W时,输出光束的质量因子M21.3、光斑圆度大于90%。     

Yb∶YAG单碟片再生放大器实现107 mJ激光输出

基于Yb∶YAG单碟片模块设计并搭建了激光再生放大器，实现了重复频率为1 kHz、脉冲能量为107 mJ、脉冲宽度为1.2 ns的近衍射极限激光输出，x的光束质量因子(M_x²)和y方向的光束质量因子(M_y²)分别为1.07与1.05，光光转换效率为11%。激光中心波长为1031.7 nm，光谱宽度为2.04 nm，该光谱宽度支持将激光的脉宽压缩至735 fs。据我们所知，这是国内首次使用单碟片激光再生放大器实现重复频率为1 kHz、单脉冲能量为107 mJ的激光输出。     

二极管侧面泵浦10 kHz皮秒激光再生放大器

采用LD侧面泵浦腔,对SESAM锁模皮秒脉冲进行再生放大,在10 kHz重复频率下,获得了5.5 W(单脉冲能量0.55 mJ)的皮秒激光输出,光束质量M2<2.9。之后又采用KTP晶体进行倍频,获得了2.25 W皮秒绿光输出。     

914nm LD端面抽运Nd:YVO4 100kHz皮秒再生放大器

采用Nd:YVO4晶体带内抽运波长914nm,降低激光二极管(LD)连续抽运时晶体的热负荷和端面热应力,提高高重复频率Nd:YVO4皮秒再生放大器输出性能。研究分析了普克尔盒加压脉宽对工作频率为100kHz的Nd:YVO4再生放大器输出脉冲稳定性的影响,在吸收914nm抽运功率为68W,通过控制普克尔盒加压脉宽,实现了对单脉冲能量为1nJ、脉宽为5.7ps、频率为42.7MHz的全固态Nd:YVO4半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模种子激光脉冲的稳定的100kHz皮秒激光再生放大,输出平均功率为21.2W。     

高重频大能量亚纳秒板条激光放大器研究北大核心CSCD

高重频大能量亚纳秒固体激光器具有重复频率高、单脉冲能量大、峰值功率高等特点,在国防军事工业加工等领域具有广泛的应用前景。本文报道了一种基于板条多程放大的亚纳秒激光放大器。种子光为重复频率1 kHz、平均功率4.5 W、脉冲宽度700 ps、波长1064 nm的基模激光,经过光束整形以匹配板条放大器口径,放大级采用角度复用及偏振变换实现四程放大,最终实现了重频1 kHz、单脉冲能量189 mJ、脉冲宽度720 ps、光束质量2倍衍射极限的亚纳秒激光输出。     

LDA侧泵Nd玻璃的高光束质量激光放大器研制

研制了一台高光束质量、高稳定的基于激光二极管阵列(LDA)侧泵Nd玻璃的纳秒方形激光脉冲放大器。为了获得较高的输出能量,采用LDA泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。同时,为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,以便得到超高斯平顶分布的光束,并对后级放大器增益不均性进行预补偿,最终得到了光束口径为Φ13mm、光束近场调制度小于1.22∶1的激光输出。放大器工作波长为1 053nm,当注入500nJ的3ns方形激光脉冲时,得到无脉冲畸变激光脉冲能量为100mJ、能量不稳定度为2.14%(均方根)和远场角漂移小于11μrad的高光束质量激光输出。     

高光束质量短脉宽电光腔倒空Nd:YLF激光器

采用国产光纤束模块端面脉冲泵浦Nd:YLF激光晶体和电光腔倒空技术,实现了短脉宽、高稳定性和高光束质量的1 053 nm激光输出.在不同重复频率1 Hz至200 Hz及不同泵浦注入条件下,获得了脉冲宽度稳定在4 ns左右的激光输出;当重复频率为1 Hz、单脉冲注入能量为7.94 mJ时.单脉冲输出能量为0.78 mJ,脉冲稳定性的RMS为1.9%;当重复频率为200 Hz、注入平均功率为3.1 W时,输出平均功率为240 mW,脉冲稳定性的P-P值小于±5.1%.通过小孔选模获得了光束质量因子M2x为1.02、M2y为1.03的高光束质量激光输出.     

10 Hz,1.2 J脉冲波形近方波的纳秒Nd:YAG激光器

搭建了一台中等重复频率、高峰值功率的Nd:YAG激光器。激光器主要包括三部分:单纵模全光纤种子源、LD抽运的Nd:YAG再生放大器和氙灯抽运的Nd:YAG功率放大器。该系统获得了平均功率为12W、重复频率为10Hz、单脉冲能量为1.2J、脉冲宽度为3ns的激光输出,工作波长为1064nm,输出光束口径为10mm,95%的能量在600μrad范围内,近场光强近平顶分布,近场光强调制度小于1.2,时间波形近似方波,能量稳定性均方根值小于1.4%。     

重复频率3Hz、100mJ高光束质量钕玻璃放大器的研制

研制了具有放大纳秒方形激光脉冲的高光束质量、高稳定的激光二极管(LD)抽运的钕玻璃激光放大器。为了获得较高的输出能量,采用LD泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,使之产生特定的空间分布,进而对后级放大器增益不均匀性进行光学预补偿。放大器工作波长为1 053nm,工作频率为3 Hz,输入1nJ的3ns方形激光脉冲,输出激光脉冲能量为100mJ、光束口径为10mm×10mm的方光斑,能量不稳定度小于2%(均方根),净增益大于109。光束的近场调制度小于1.3∶1,远场焦斑衍射极限小于2DL,远场角漂移小于9.5μrad。     

100 W高功率Nd∶YAG皮秒板条激光放大器

设计了一种高功率的固体皮秒脉冲激光放大器。采用增益介质为Nd∶YAG材料的传导冷却端面泵浦板条放大器结构设计,通过板条结构多角度放大,实现对皮秒脉冲激光的四程放大。分析板条端面切角与激光入射角度的选取对填充因子以及激光功率放大的影响。最终实现了在种子光重复频率为100 kHz、激光脉冲宽度为9.6 ps的工作条件下,系统输出激光功率为103 W,单脉冲能量为1.03 mJ。     

高能量高效率钕玻璃再生放大器

为了获得高能量、高效率的钕玻璃前置放大器,设计了一套钕玻璃再生放大系统。通过调节单程增益和优化腔模设计,使得增益介质中的小尺度自聚焦效应得到有效控制。在重复频率1Hz运行下,获得最大输出能量21mJ、脉冲宽度2.65ns的激光输出,相应的光-光转换效率为5%,总增益达108,光束质量因子M2=1.5,脉冲能量稳定性均方根(RMS)值小于2%(超过2h连续工作),光谱的中心波长为1052.92nm。     

百瓦级1030nm皮秒脉冲掺镱全光纤激光器

报道了1030nm高功率被动锁模皮秒脉冲掺镱光纤激光器。该激光器为全光纤结构,采用主振荡功率放大(MOPA)技术,由皮秒种子源与三级掺镱光纤放大器组成。种子源使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)进行被动锁模,输出脉冲中心波长为1030.4nm、3dB光谱宽度为0.15nm、脉冲宽度为30.7ps、重复频率为29.0MHz、输出功率为30mW。通过三级掺镱光纤放大器后,最终在30μm/250μm双包层掺镱光纤中实现了平均功率为101W的皮秒脉冲激光输出,3dB光谱宽度为1.46nm,脉冲宽度为36.6ps,放大器斜率效率为76.7%,单脉冲能量为3.48μJ,峰值功率为97kW,光束质量M2=2.78。     

基于液晶空间光调制器整形的重频100mJ全固态1053nm钕玻璃激光放大器(英文)

介绍了所研发的一台放大纳秒激光脉冲的高光束质量钕玻璃激光放大器。该放大器采用了多级LD泵浦与液晶空间光调制器进行整形相结合的技术,光束传输遵循抑制衍射、主动控制与补偿及空间滤波的原则。在重频为1 Hz时,将注入的3 ns、1 nJ的方形激光脉冲能量放大到115.3 mJ,能量净增益109倍,输出激光的能量分散度小于2%,光束的近场调制度小于1.23:1,远场光斑的角漂移小于9.8μrad,远场光斑的衍射限小于2DL。     

高稳定高光光效率的Yb∶YAG单薄片再生放大器

薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出,是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统,连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 ns的激光输出,水平方向上的光束质量因子(M_x²)和竖直方向上的光束质量因子(M _y²)分别为1.12和1.10。基于腔内光束指向主动控制技术,2 h输出的平均功率稳定性峰谷(PV)值和均方根(RMS)值分别为6.42%和0.56%。在600μs脉冲泵浦情形下,光光效率达16.1%。在10 kHz重复频率下,获得了53.3 W的高平均功率的激光输出,M _x²和M _y²分别为1.07和1.06。     

全光纤皮秒激光切割蓝宝石晶圆的实验研究

搭建了中心波长为1064nm的光纤激光器装置。全保偏光纤结构的锁模脉冲种子源结合选频单元和全光纤放大器,实现了重复频率连续可调、脉冲串中脉冲数可选、微焦量级单脉冲能量的皮秒激光输出。通过优化选取激光器的输出参数,对厚度为110μm的蓝宝石晶圆进行了切片。观察多种激光参数下切片后的微观形貌,发现单脉冲能量、脉冲串的脉冲数以及光束的光斑圆度会显著影响切割效果。在重复频率100kHz、脉冲串内7脉冲、光斑圆度大于97%、平均功率0.37 W、划切速度600mm/s时,芯片外观最佳,良品率高达99.58%。     

低重复频率激光光束多参数实时监测系统

为了实现对数10 min一个脉冲,单脉冲能量5 J激光放大器多项输出参数的实时、高效率检测,设计了针对高能量、大截面和低重复频率激光系统输出的测量系统。该测量系统采用Fourier像传递技术,针对激光器的输出特性实现了对输出光束截面的清晰实时监测,并且能够同时检测光束的激光波长、光谱宽度、光斑尺寸、单脉冲能量、重复频率和偏振方向等数据。利用该统计系统能够计算光斑调制度、发散角、指向性、光束质量因子、能量稳定性、平均功率、功率稳定性、脉冲宽度、脉冲稳定性和偏振度等指标。     

百瓦级PCFA/LBO倍频绿光皮秒激光器

具有高平均功率的皮秒级脉冲激光在工业加工、空间探测等领域具有重要的应用。但是锁模产生的皮秒种子光因脉冲宽度窄、单脉冲能量低,难以直接通过传统的行波放大实现功率的高效提升,因此也限制了输出脉冲的非线性频率转换效率。文中通过光栅啁啾脉冲展宽器和狭缝,将中心波长为1030 nm、脉冲宽度7 ps、重复频率52 MHz的光纤锁模种子光脉冲宽度展宽至32 ps,且将其光谱宽度控制在1.1 nm,利用两个空气包层光子晶体光纤放大器将功率放大至190 W。最后通过温度相位匹配LiB₃O₅ 晶体实现了平均功率为103.1 W的绿光皮秒脉冲输出,光束质量因子1.17,二次谐波转换效率54.3%。