激光二极管抽运的高光束质量的Yb:YAG薄片激光器

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb:YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800μm,在940 nm处最大输出功率为13.56W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30:12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8 at.-%,几何尺寸为φ7mm×1.6 mm国产Yb:YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了3.06 W的连续激光输出,激光器的斜率效率为33.1%,测得M2因子在x和y方向分别为1.54和1.73,具有良好的光束质量.     

激光二极管抽运的高光束质量的Yb

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb∶YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800 μm,在940 nm处最大输出功率为13.56 W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30∶12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8 at.-%,几何尺寸为φ7 mm×1.6 mm国产Yb∶YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了3.06 W的连续激光输出,激光器的斜率效率为33.1%,测得M2因子在x和y方向分别为1.54和1.73,具有良好的光束质量。     

准连续激光二极管抽运的Yb∶YAG微晶片激光器

采用峰值功率 1W的国产InGaAs激光二极管作抽运源 ,在室温下实现了光束质量因子M2 <1 4的基横模长脉冲激光振荡。当LD输入电流为 2 15A时 ,使用掺杂浓度为 10at %的Yb∶YAG ,获得了平均功率 1 6 4mW ,单脉冲能量为 16 4 μJ的 1 0 4 9μm激光输出。同时对准三能级结构激光弛豫振荡过程和准连续 (QCW)输出脉冲宽度进行了理论分析 ,得到了跟实验相符的结果。     

激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2因子约为12×13。     

1.5kW激光二极管抽运Nd∶YAG薄片激光器

报道了一台输出功率超过1.5kW的激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器。设计了四通光学耦合系统,通过优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。薄片激光介质镀完介质膜后镀Ti,Pt,Au实现金属化,再采用铟焊工艺焊接在铜微通道冷却器上,以提高散热效率和冷却的均匀性。采用两片直径40mm,厚度1.3mm的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个二极管激光器阵列抽运下,当每个薄片上的抽运峰值功率为17.7kW,占空比10%时,获得了平均功率1.52kW的准连续激光输出,光-光转换效率达到43%,电-光转换效率超过20%。     

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。     

准连续激光二极管抽运的Yb:YAG微晶片激光器

采用峰值功率1 W的国产InGaAs激光二极管作抽运源，在室温下实现了光束质量因子M2<1.4的基横模长脉冲激光振荡。当LD输入电流为2.15 A时，使用掺杂浓度为10 at.%的Yb:YAG，获得了平均功率1.64 mW，单脉冲能量为16.4 μJ的1.049 μm激光输出。同时对准三能级结构激光弛豫振荡过程和准连续(QCW)输出脉冲宽度进行了理论分析，得到了跟实验相符的结果。     

LD抽运Yb∶YAG全固态激光器输出功率特性分析

由激光晶体的准三能级速率方程出发,在不同条件下对激光二极管抽运的Yb∶YAG激光器的输出功率和阈值功率随着空间变量、晶体长度、透过率、往返损耗等影响下的输出特性进行了理论分析和数值模拟计算,在不同输入功率与阈值功率比值条件下,得到了振荡光斑与 泵浦光斑比值为1. 5、晶体长度为0. 2～0. 4cm、相对透过率为1. 5时均有最大输出功率和最小的阈值功率。     

M2≤1.14的LD抽运的Yb∶YAG微晶片激光器

采用国产1 W的InGaAs激光二极管(LD),掺杂浓度为10 at.-%的Yb∶YAG微晶片(φ5 mm×0.6 mm),室温下获得了输出功率91.5 mW,波长1.049 μm的基模激光连续输出,光束质量M2≤1.14,斜率效率为30%.在晶体制冷情况下,获得了111 mW的激光输出,斜率效率达40%.     

激光二极管抽运低温Yb∶YAG再生放大器

通过对Yb∶YAG晶体荧光谱线的分析,讨论了其低温条件下的增益特性。利用激光二极管作为抽运源,采用背向端面抽运方式,使用掺杂原子数分数为8%的片状Yb∶YAG晶体,搭建了一台低温条件下工作的再生放大器。通过小能量信号光注入,在-90℃的低温下,可以得到重复频率10Hz,脉宽10ns,能量10.3mJ的激光脉冲输出,放大倍数达107倍。     

1.5 kW激光二极管抽运Nd:YAG薄片激光器

报道了一台输出功率超过1.5 kW的激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器.设计了四通光学耦合系统,通过优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布.薄片激光介质镀完介质膜后镀Ti,Pt,Au实现金属化,再采用铟焊工艺焊接在铜微通道冷却器上,以提高散热效率和冷却的均匀性.采用两片直径40 mm,厚度1.3 mm的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个二极管激光器阵列抽运下,当每个薄片上的抽运峰值功率为17.7 kW,占空比10%时,获得了平均功率1.52 kW的准连续激光输出,光-光转换效率达到43%,电-光转换效率超过20%.     

激光二极管抽运的克尔透镜锁模Yb∶YAG激光器

为了实现激光二极管抽运的Yb∶YAG晶体克尔透镜锁模运转,采用波长在930nm的激光二极管单向抽运Yb∶YAG晶体,利用五镜谐振腔,在腔内没有插入硬光阑的情况下,实现了Yb∶YAG晶体的稳定克尔透镜锁模运转,得到输出功率为20mW的稳定锁模脉冲,其中心波长在1038nm,重复频率为94MHz,谱线半宽度大于9nm,理论上可以支持124fs的锁模脉冲。     

激光二极管端面抽运的多晶Nd∶YAG1.06 μm连续激光器

报道了激光二极管端面抽运的多晶Nd∶YAG(polycrystallineNd∶YAGceramic) 1 0 6 μm连续激光器的实验研究。在抽运功率为 0 3W时 ,激光达到阈值开始输出 ;在抽运功率为 9W时 ,输出功率达到 2W ,激光器光 光转换效率为 2 2 2 %。     

边缘抽运薄片Nd:YAG激光器

边缘抽运薄片激光器设计使得冷却面和抽运面分开,解决了高功率抽运和抑制放大自发辐射问题,简化了激光器的结构设计.利用边缘抽运六角形1.at-%Nd:YAG薄片获得了5.1 W的输出,斜率效率为11.9%,并使用光线追迹的方法,分析了抽运光在晶体中的分布和吸收情况,指出了发展边缘抽运薄片激光器所要解决的关键技术.     

低功率激光二极管抽运的室温运转Yb:YAG激光器

报道了低功率激光二极管(LD)抽运的1030nm Yb:YAG全固态激光器。由于Yb:YAG为准三能级结构,自吸收损耗大,振荡阈值高,因此采用双路偏振耦合系统增加注入功率密度,并通过降低晶体掺杂浓度,选取合适晶体厚度,用半导体制冷器(TEC)有效制冷,在线性腔中实现了1030nm波长稳定输出。Yb:YAG晶体Yb离子掺杂原子数分数为8%,几何尺寸为11mm×0.7mm,晶体面对输出镜一端镀940nm高反膜,使未被吸收的抽运光反射回去,再次抽运晶体,从而提高了抽运光的利用效率,当注入功率为2W时,1030nm输出功率为192.8mW,光-光转换效率为9.6%,2h内稳定度小于3.5%。     

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.     

激光二极管侧面抽运调Q倍频Nd∶YAG激光器

对高平均功率输出的激光二极管侧面抽运电光调Q倍频Nd∶YAG激光器进行了研究,当采用90个60W的脉冲激光二极管阵列抽运时,在重复频率为10Hz下,实现了最大平均 功率为1180mW的1064nm红外激光输出,光2光转换效率为11%。腔外倍频获得600mW 的 532nm绿光输出,倍频效率达到50%以上。     

激光二极管侧面抽运高功率1338nm Nd∶YAG激光器

报道了一台激光二极管(LD)侧面抽运的高功率连续1338 nm Nd∶YAG激光器.通过分析Nd∶YAG的跃迁谱线和相应的受激发射截面的特点,根据多跃迁谱线激光材料波长选择的耦合率条件,合理设计激光棒和腔镜的耦合率参数.激光谱线测量表明,成功抑制了1064 nm和1319 nm波长激光的振荡.以高功率808 nm激光二极管侧面抽运模块为抽运源,采用平-平腔结构,研究了耦合输出率分别为5.3%,7.4%和11%的输出镜的输出情况,比较分析了不同腔长对激光输出的影响.在抽运功率为555 W时,采用5.3%的耦合输出镜和20 cm腔长,获得大于100 W的1338 nm单一波长激光输出,光-光转换效率大于18%,斜率效率为35%,输出光束的M2因子为36.     

Yb∶YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量

为了提高二极管抽运Yb∶YAG/YAG复合板条激光器的输出光束质量,研究了复合板条内的热透镜效应,分析了复合板条在宽度和厚度方向的热透镜焦距,以及热透镜对谐振腔模式的影响,设计了混合谐振腔,并对该谐振腔输出光束质量进行了分析.采用角抽运复合板条方法,实现了千瓦级Yb∶YAG/YAG复合板条激光器连续运转.采用CCD照相法测量了输出激光的光束质量,在500W连续输出时,光束质量M2因子在板条宽度方向和厚度方向分别优于20和5.实验结果表明,在复合板条激光器中可以采用混合谐振腔获得较好光束质量的激光输出.     

LD抽运Yb：YAG全固态激光器输出功率特性分析

由激光晶体的准三能级速率方程出发，在不同条件下对激光二极管抽运的Yb：YAG激光器的输出功率和阈值功率随着空间变量、晶体长度、透过率、往返损耗等影响下的输出特性进行了理论分析和数值模拟计算，在不同输入功率与阈值功率比值条件下，得到了振荡光斑与泵浦光斑比值为1．5、晶体长度为0．2～0．4cm、相对透过率为1．5时均有最大输出功率和最小的阈值功率。