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。     

基于亚纳秒微片激光器的能量放大器的研究

高脉冲能量和窄脉冲宽度的激光放大器可以应用在诸多领域,例如激光加工、激光医疗美容和激光雷达。种子源激光器与行波放大结构相结合的主振荡功率放大（MOPA）技术,既能保证输出的脉冲激光相关特性（如脉宽和重复频率等）与种子源特性一致,又能实现激光输出能量的放大。因此MOPA技术成为激光放大器工程应用中的主要技术。本课题针对医疗美容对亚纳秒级大能量激光放大器的需求,研制了一台基于亚纳秒微片固体激光器的激光放大器。首先,采用亚纳秒被动调Q微片固体激光器作为种子源。种子源激光器在重复频率为10 Hz,脉冲宽度为487.3 ps时输出能量为190 μJ的1064 nm种子光。然后,利用自制的两个氙灯泵浦Nd: YAG模块作为主放大器对亚纳秒激光脉冲能量进行放大,对放大过程自激振荡产生的能量实现了抑制,有效地提高了放大过程中的能量转换效率。最终,得到了波长1064 nm和532 nm可切换输出,在重复频率为10 Hz时,获得了脉冲宽度496.4 ps,脉冲能量561 mJ@1064 nm,330 mJ@532 nm,能量稳定性2%且光斑均匀的亚纳秒激光输出。     

1kHz高倍率亚纳秒全固态激光放大器研究

高功率全固态亚纳秒激光器具有体积小、成本低、线宽窄、峰值功率高等优势,在诸多领域具有重要的应用价值。为获得高功率亚纳秒激光输出,首先通过被动调Q激光器得到亚纳秒种子激光,然后利用LD侧泵模块,采用双模块双通放大的实验设计,在重复频率为1 kHz时,获得了平均功率达10 W,脉冲宽度816 ps,线宽39 pm,光束质量M2小于1.8的激光输出,放大器整体放大倍率达95倍以上。     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

千赫兹亚纳秒径向偏振光北大核心CSCD

利用Nd…YAG/Cr4+…YAG键合晶体被动调Q和S波片得到亚纳秒径向偏振光。采用峰值功率为30 W、脉宽为120μs、重复频率为1kHz的脉冲半导体激光端面抽运方式,得到了脉冲宽度为878ps、单脉冲能量为76.8μJ的调Q激光脉冲输出,其重频不稳定性小于±0.003%,幅值不稳定性小于±3%。然后通过在键合晶体后插入偏振片和S波片的方式,得到纯度大于96%、单脉冲能量为27.5μJ的亚纳秒径向偏振光。     

用于空间探测的结构紧凑高功率纳秒激光脉冲光源

报道了基于Nd∶YAG晶体的传导冷却端面泵浦板条放大器结构实现高重复频率、高功率纳秒激光放大输出,系统采用主振荡功率放大结构,整个系统主要包括调Q纳秒激光种子源,小尺寸板条预放大器以及主放大模块。纳秒激光种子源在重复频率为400 Hz的工作条件下,输出激光功率为1.6 W,单脉冲能量为4 mJ,最终获得207 W功率放大激光输出,单脉冲能量超过0.5 J,输出激光脉冲宽度为6.55 ns,激光脉冲峰值功率超过75 MW。     

亚纳秒Zig-Zag板条激光器实现500 Hz焦耳量级输出

亚纳秒激光因其对光电器件的损伤优于纳秒激光和飞秒激光，而被广泛应用于光电对抗领域。然而，在常规水冷条件下实现输出数百赫兹焦耳级亚纳秒激光还面临较大的挑战。笔者课题组面向国防重大需求，结合端面泵浦微片晶体百皮秒激光产生技术和多程多级板条激光放大技术，对板条激光器的放大性能进行大量的实验研究，并提出了温控双端泵浦技术，弥补双端泵浦结构的缺陷。实现板条激光器单脉冲能量952 mJ，重复频率500 Hz的激光输出，这将为光电对抗系统所需的高重频大能量激光提供优质光源。     

激光二极管列阵端面泵浦电光调-QNd:YAG板条激光技术

端面泵浦混合腔板条固体激光器是实现高功率、高效率、高光束质量激光输出的一种有效方式。报道了激光二极管端面泵浦板条Nd:YAG电光调Q振荡-放大的实验结果。在脉冲激光二极管泵浦下,在重复频率为1kHz时,得到30mJ近衍射极限输出,脉宽16ns。在连续激光二极管泵浦下,在重复频率为10kHz时,获得平均输出功率为100W,单脉冲能量10mJ;在5kHz时,单脉冲能量15mJ,脉宽10ns。     

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。     

掠入射Nd:YVO_4板条结构皮秒激光放大器的实验研究

基于可饱和吸收体和被动调Q微晶片种子源,对双通掠入射Nd:YVO_4板条放大器进行了实验研究。脉冲宽度为90ps、脉冲重复频率为100kHz、光束质量因子为1.16的激光作为种子源,功率从100μW到10mW可调,分别采用新型的液态金属和传统的薄铟膜作为板条放大器的热传导材料。测量结果显示,采用液态金属能大幅降低板条抽运面的温度。将液态金属作为板条放大器的导热材料,10mW的种子光源在抽运功率为55 W时,经过掠入射Nd:YVO_4板条双通放大,最终获得13 W激光输出,光光效率达到23%,脉冲峰值功率为1.2 MW,脉冲能量为130μJ,光束质量M2x=1.30,M2y=1.28。     

58kW高峰值功率窄线宽纳秒脉冲光纤激光器

报道了一种峰值功率58 kW的窄线宽纳秒脉冲光纤激光器,由窄线宽种子源加4级光纤放大的主振荡功率放大(MOPA)结构组成。窄线宽种子源输出的连续种子光经电光强度调制器调制为纳秒脉冲信号光,经4级光纤放大,输出峰值功率达58 kW的窄线宽脉冲激光,中心波长106431nm,平均功率569W,重频100kHz,脉宽98ns,斜效率717,光束质量M2=134,偏振消光比156dB。激光功率的进一步提升受限于次脉冲及自相位调制。该高峰值功率窄线宽纳秒脉冲光纤激光器可在激光雷达中得到应用。     

高重频高峰值功率窄线宽激光放大器

高重复频率、高峰值功率、窄线宽的激光在激光雷达领域具有重要的应用价值。在对高重频窄线宽激光进行放大时,为了同时实现高放大倍率与高光束质量激光输出,在高重频、窄线宽被动调Q激光器作为种子源的前提下,设计了利用888 nm半导体激光端面泵浦Nd:YVO4块状晶体实现高增益的一级放大,808 nm半导体激光侧面泵浦Nd:YVO4板条晶体实现低热透镜效应的二级放大的方案。在重复频率10 kHz时,获得了峰值功率5 MW,线宽154 pm,脉冲宽度0.6 ns,平均功率31.5 W,光束质量M2为1.98的激光输出。从而验证了将高放大倍率与高光束质量分别控制的放大器设计思路。     

MOPA方式高峰值功率脉冲光纤放大器模拟

为了研究如何从脉冲种子光经放大器后获得能量为毫焦级、纳秒级脉宽的激光脉冲,以及重频、受激喇曼效应对输出激光脉冲的影响,采用基于主振荡动率放大方式建立了3级脉冲双包层掺Yb光纤放大器的瞬态理论模型。在不同重频下对能量为10nJ、脉宽为100ns的脉冲种子光经放大后的脉冲能量、峰值功率、平均功率、脉宽及受激喇曼效应进行了数值模拟。计算数据表明,当重频小于200Hz时输出激光脉冲的能量、波形受重频的影响很小,可以忽略不计,在适当参量下受激喇曼效应对各级放大输出几乎没有影响。结果表明,适当选择3级光纤放大器的各项参量可以实现毫焦级的激光脉冲输出。     

激光雷达用高性能光纤激光器

系统研究了窄线宽低噪声单频连续光纤激光器、高能量纳秒长脉冲单频光纤激光器以及高峰值功率纳秒短脉冲光纤激光器三类高性能光纤激光器:实现了工作于1、1.5及2 m波段的单频连续光纤激光器,典型光谱线宽小于3 kHz,强度噪声接近于散粒噪声极限;实现了高能量单频光纤激光器,脉冲能量超过200 J,重复频率20 kHz,脉冲宽度100~500 ns,激光波长位于1.5 m波段;实现了高峰值功率纳秒短脉冲光纤激光器,峰值功率超过700 kW,重复频率10 kHz,脉冲宽度3 ns;同时还实现了高重频高峰值功率纳秒短脉冲光纤激光器,峰值功率超过200 W,重复频率3 MHz,脉冲宽度1~5 ns。文中阐述了以上几类高性能光纤激光器在激光雷达探测系统中的应用前景。     

窄脉宽高重频激光放大器实验研究

报道了采用一种紧凑型、低成本和角度复用的板条 多通放大器,并对窄脉宽高重复频率种子激光进行多通放大的实验研究。通过使用角度复用 多通结构,可以有效 使用增益介质,光在介质内不走重复路径,相对于走重复路径的偏振复用结构,可减少进入 主振荡器的反 馈,抑制寄生振荡。实验过程中,分别采用直通和内全反射两种入射方式对种子光进行放大 。注入脉宽 为2.5ns、重复频率20kHz、平均功率为0.5W的Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG被动调Q种子 光,采用内全反射方式进 行三通放大时,得到了3.2W的最大平均功率输出,表明内全反射方 式比直通型方式能更有效地实现光放大、减小热畸变、改善光束质量和提高输出功率。     

百瓦级1 030 nm光纤-固体混合放大激光器

光纤-固体混合放大技术能够将光纤激光器和固体放大器的优势结合,获得结构紧凑、成本低廉的高功率超短脉冲激光。因此,实验设计了基于掺镱光纤-固体混合放大技术的高平均功率超短脉冲激光器。该激光器主要由全光纤结构激光器和两级固体放大器组成,第一级为基于Yb: YAG单晶光纤的固体放大器,第二级为基于无侧面抛光的棒状Yb: YAG晶体的主放大器。超短脉冲全光纤前端平均输出功率为6.5 W,重复频率52.9 MHz,脉冲宽度47.5 ps。第一级单晶光纤放大器采用单通放大形式,在反向泵浦功率182 W时获得40 W的平均功率。第二级固体放大器同样为单通放大,在反向泵浦功率307 W时获得平均功率122.9 W的超短脉冲激光输出,滤除热退偏激光后获得了107.3 W的线偏振超短脉冲激光,对应斜效率为26.1%。此时测得脉冲宽度为12.1 ps,中心波长为1 030.6 nm,光谱宽度为2.4 nm。在最大输出功率107.3 W时,测得水平和垂直方向的光束质量因子M_x2=1.45,M_y2=1.20。     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。     

人眼安全高重频窄脉宽单模全光纤激光器特性研究

介绍了基于主振荡功率放大结构的人眼安全全光纤激光器.首先对比了电光调制及直接调制产生的种子激光在百kHz重复频率、纳秒级脉冲宽度的激光放大器中优缺点,综合系统需求选择直接调制方式;之后对窄脉冲单模放大中出现的脉冲分裂现象进行了研究,选用10 m纤芯的双包层铒镱共掺光纤,仅通过两级放大即获得了1 550 nm,重复频率为200 kHz,脉冲宽度为4.07 ns,峰值功率为1.02 kW的单模激光输出.具有结构紧凑、稳定可靠的特点,可用于三维视频激光雷达.     

高重频风冷声光调Q光纤激光器实验研究

为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器,采用主振荡功率放大结构,对声光调Q的全光纤激光器进行了研究.振荡级采用声光调Q方案,以光纤光栅对为激光器腔镜,915nm激光二极管连续抽运,得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出.采用两级大模场双包层光纤放大,实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出.第二放大级光光转换效率69%,激光器总光光转换效率达62.7%.分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因.结果表明,采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性,在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%.