布儒斯特角结构16.8W半导体抽运铷蒸气激光器

为了获得高效半导体抽运碱金属蒸气激光器,采用布儒斯特角结构的增益池,有效地提高了激光的单程透射率,p偏振的激光单程透射率达到97%。采用长度为1 cm的增益池,其内填充碱金属铷蒸气作为增益介质和压强为79.99 k Pa的甲烷作为缓冲气体。采用中心波长为780 nm,线宽为0.1 nm,功率为48 W连续输出的半导体激光器作为抽运源。为了降低增益池内的热效应,采用斩波器将抽运光转化成脉冲形式输出,脉冲宽度为1.85 ms,重复频率为15 Hz,占空比2.77%。采用12 cm的平凹谐振腔,利用输出耦合率分别为41%、58%、76%的输出镜进行了优化实验。在增益池温度为160℃时,采用输出耦合率为76%的输出镜,获得了峰值功率最高为16.8 W的中心波长为795 nm的铷激光输出,光-光转换效率为35%,斜率效率为44.2%。     

端面抽运DPAL三维模型及激光输出特性的模拟研究

根据激光三能级速率方程理论,考虑抽运光聚焦的空间分布,建立三维DPAL速率方程组的理论模型,结合激光系统运行的边界条件,通过数值方法,对模型进行求解,对端面抽运铷蒸气激光器的输出特性进行了详细分析,包括抽运光聚焦光斑半径、聚焦位置、蒸气池长度等参量对模式匹配效率、阈值抽运功率和斜率效率的影响。在模式匹配最佳时,计算了对介质长度对激光输出和阈值的影响。根据抽运光功率,以获得最大激光输出功率为目标,给出了激光器系统的优化参数,包括介质长度、抽运光聚焦在介质中的聚焦位置、输出耦合反射率。     

半导体抽运铷蒸气输出2.8W线偏振铷激光

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是一种具有广阔应用前景的激光器,近年来发展迅速。使用碱金属铷所需要的中心波长为780nm的半导体激光器线阵作抽运源,采用平面衍射光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.13nm,并使用斩波器将半导体激光变为脉冲输出形式。采用透镜组合对窄线宽半导体激光进行光束扭转整形,整形后光斑近似为方形。半导体激光经线宽压窄和光束整形后,被聚焦进铷蒸气泡,泡内充入79kPa甲烷作为缓冲气体。控制铷蒸气泡温度为145℃,注入谐振腔的抽运光峰值功率为最高13W时,获得了峰值功率2.8W的线偏振铷激光输出,光-光转换效率达21%。     

激光二极管抽运铯蒸气激光实现高效率瓦级输出

采用中心波长为852.3 nm、线宽为0.17 nm的光纤耦合半导体激光器作为抽运源,室温下充入60 k Pa氦气和20 k Pa乙烷、5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质开展了端面抽运铯蒸气激光实验研究。蒸气池工作温度为107.6℃时,改变输出镜反射率优化铯激光输出性能,获得最佳输出镜反射率为48.79%。连续抽运模式下,注入抽运功率为4.76 W时获得1.16 W的894.57 nm连续激光输出,斜效率为28.8%,光光转换效率达24.4%;脉冲抽运模式下,注入抽运功率为14.1 W时获得了2.5 W稳定铯激光输出。     

LD横向泵浦铷蒸气激光器阈值特性理论研究

基于三能级速率方程建立了横向泵浦铷蒸气激光器阈值计算模型,首次详细研究了横向泵浦铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。论文结合实际参数,数值模拟了单Bar条半导体激光器横向泵浦铷蒸气的非线性吸收和泵浦光在蒸气室内的传播以及阈值工作状态下小信号增益的分布,仿真分析了蒸气室长度、温度、缓冲气体气压及组份配比、聚焦透镜焦距以及谐振腔诸参数对横向泵浦铷蒸气激光器出光阈值的影响。分析结果表明:对缓冲气体组份配比进行优化可以有效的降低泵浦阈值功率;蒸气室长度与温度共同影响阈值功率;较大的窗口片透过率和不大于70%的输出耦合率可以使泵浦阈值功率保持在较低的水平。文中对铷蒸气激光器等碱金属蒸气激光器的关键部件设计和系统优化可起到借鉴参考的作用。     

半导体激光端面抽运碱金属蒸气放大器的理论研究

简要概述了半导体激光器抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)的研究背景与独特优势,介绍了DPAL主振荡功率放大器(MOPA)在国内外的发展现状。构建了基于碱金属原子三能级受激吸收-受激辐射理论的端面抽运DPALMOPA系统的速率方程模型并进行了系统的理论计算,分析了DPAL-MOPA的输出功率和提取效率随蒸气池温度、蒸气池长度、抽运功率和抽运光束的束腰半径的变化特性。与已发表的实验结果对比后发现,理论计算结果和实验数据十分吻合,验证了该理论模型的有效性。该研究对构建定标放大的DPAL系统具有理论指导意义。     

1.06μm注入锁定增益开关半导体激光器特性分析与功率放大研究

报道了1.06 m增益开关半导体激光器的详细特性分析和功率放大研究。用高频正弦信号调制中心波长1.06 m的F-P腔半导体激光器得到脉宽约为100 ps、平均功率约为20 mW,重频从500 MHz到2 GHz连续可调的稳定短脉冲激光输出。采用注入锁定改善增益开关半导体激光器的输出特性。研究和分析了调制信号的频率、功率和偏置电流的大小以及注入锁定的功率、温度对激光器输出特性的影响。将该激光器作为种子,用108 W的抽运光进行两级全光纤功率放大得到了82 W的高功率输出,光光转换效率达到76%。     

100GHz光谱扫描测量碱金属蒸气激光器增益介质浓度

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)具有量子效率高、气体介质循环流动散热、全电操作、结构紧凑等特点,是极具发展潜力的新型高能激光光源。其中,增益介质内碱金属原子浓度测量是对DPAL进行诊断测试的重要研究内容。通过利用单频分布布拉格反射(DBR)激光器波长扫描测量铷蒸气的吸收光谱,采用对激光器进行温度调节与电流扫描相结合的方法进行扫描光谱范围拼接,利用无跳模调谐范围为23GHz的激光器实现了100GHz的无跳模光谱扫描范围,在此基础上测量了充入大气压量级缓冲气体铷蒸气的完整吸收光谱。通过与理论计算结果进行参数拟合得到了铷原子浓度。该方法可应用于高功率抽运条件下流动介质DPAL中碱金属原子浓度的测量。     

蓝光激光二极管抽运Pr:YLF绿光激光器

报道了蓝光激光二极管抽运的掺镨氟化钇锂(Pr:YLF)固体绿光激光器。采用长度5mm、掺杂离子数分数为0.5%的Pr:YLF晶体作为激光增益介质,在中心波长444nm的蓝光激光二极管抽运下,获得波长522.4nm的连续绿光激光输出。应用不同透射率的输出耦合镜研究了激光器的输入输出特性。在吸收抽运光功率530mW,输出镜透射率为1.9%时获得最大输出功率为90.1mW,斜率效率达到65.3%。     

LD抽运主振荡功率放大结构4.1kW全光纤激光器

利用半导体激光器(LD)抽运大模场增益光纤实现了输出功率大于4kW的主振荡功率放大结构全光纤激光器。实验研究了增益光纤纤芯直径和抽运波长不同情况下激光器的受激拉曼散射(SRS)和横向模式不稳定(TMI)特性。为了抑制SRS,选择纤芯为30μm的大模场掺镱光纤作为增益介质;为了抑制光纤放大器中的TMI,利用增益光纤吸收系数较低波段对应的915nm LD作为抽运源,将增益光纤弯曲半径降低到10cm以提高高阶模的损耗。在种子功率为100 W、最高注入抽运功率为5.3kW时获得了4.1kW的功率输出,光束质量M2为2.2,输出激光中无SRS和TMI现象。     

一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器

报道一种基于自反馈光注入的单频窄线宽光纤激光器。激光器采用线形腔结构,用高掺杂Er3+光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈与腔内振荡激光干涉,形成折射率光栅与增益光栅共同作用选择纵模,获得稳定的1 549.85 nm单频窄线宽激光输出。在975 nm单模激光二极管(LD)抽运下,激光器的抽运阈值光功率为13 mW。当抽运光功率为112 mW时,最大输出信号光功率为30.6 mW,对应的光-光转换效率为27.3%,斜率效率为30.2%,信噪比大于50 dB。采用延时自外差方法测量线宽,当使用30 km单模光纤延迟线时,测量得到激光器的3 dB线宽为4.0 kHz。     

机载测深激光雷达千赫兹全固态激光器设计及特性研究

将千赫兹高功率全固态Nd：YAG激光器的增益介质当作厚透镜处理，使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析。采用多条半导体激光列阵侧向紧凑抽运结构设计，提高了增益介质光抽运的均匀性。根据实际抽运功率，通过模拟计算，设计了平凸非稳腔。选择的凸面全反镜的最佳曲率半径有效地补偿了增益介质热透镜效应，激光器实现了动态稳腔运转，激光脉冲能量输出斜度效率大于13％，光束发散角优于1.3mrad。     

双端抽运双Nd:YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器。通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔。在双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%。结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性。     

双端抽运双Nd∶YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器.通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔.在双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56 W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%.结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性.     

双包层Yb/Er共掺光纤激光器的特性研究

对980nm抽运的双包层Yb/Er共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了稳态情况下光纤中上能级粒子数,抽运光功率,信号光功率沿光纤轴向的分布.计算了激光器输出功率与光纤长度的关系,激光器输出腔镜反射率与输出功率的关系.根据数值模拟的结果,采用4m长的铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,反射率为15%的双包层光纤光栅作输出腔镜组建了全光纤激光器,其斜率效率为40%.在3.4W的最大抽运功率下,得到了1.25W的激光输出,输出光谱宽度为0.49nm.     

基于915nm半导体激光单端前向抽运的单纤准单模2kW全光纤激光振荡器

设计了一种基于915nm半导体激光单端抽运的单纤准单模全光纤激光振荡器,其工作波长为1080nm,输出功率可达2.02kW。结合理论和实验,研究了增益光纤长度、受激拉曼散射(SRS)和输出功率之间的关系。通过对增益光纤长度进行优化,在保证大于2kW激光功率的前提下,实现了高SRS抑制比的激光输出,输出激光中SRS功率占比约为0.8%。180min内激光器的功率不稳定度小于±1%,光-光转换效率约为70%。通过合理设计光纤盘绕,有效抑制了光纤中光的高阶模式,在满功率输出时成功地获得了准单模激光(光束质量因子M2≈1.5),并对该激光器在激光切割中的应用进行了研究。     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

纳秒脉冲激光抽运下的铯蒸气电离度研究

为了研究碱金属蒸气电离对半导体抽运碱金属激光器(DPAL)定标放大的影响, 采用适宜于短脉冲激光抽运源的光电流法来测量碱金属蒸气电离度, 并开展了铯蒸气电离度同激光抽运功率密度、碱金属池温度、抽运激光器重复频率之间关系的实验研究。结果表明, 在不考虑热效应的情况下, 即使抽运激光的功率密度高达3×108W/cm2、碱金属池温度150℃、氦气缓冲气压力9.33×104Pa条件下, 铯蒸气的电离度也仅仅达到1%左右; 在碱金属池温度从122℃升高至163℃的过程中, 相对于铯蒸气粒子数密度的显著增大, 铯蒸气电离度的变化非常小。该研究结果对于铯DPAL通过增加抽运激光功率密度和提高碱金属池温度进行定标放大具有非常积极的意义。     

具有三级放大结构的铷蒸气激光系统的优化设计

由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器（DPAL）的饱和增益较大,因此采用主振荡功率放大器（MOPA）结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外,分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析,最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm,一级主放大级的为5 cm,二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时,也评估了采用此设计方案时,整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。     

930nm被动锁模掺钕全光纤激光器的研制

报道了一种紧凑型930nm被动锁模掺钕全光纤激光器,该激光器由掺钕全光纤振荡器和一级掺钕全光纤放大器构成。振荡器采用线型腔结构,增益介质为长度8cm的高掺杂掺钕石英光纤,抽运源为一个最大功率为200mW的808nm单模半导体激光器,利用半导体可饱和吸收镜实现被动锁模,获得超短脉冲激光输出。振荡器输出平均功率为1mW,重复频率为28.2MHz,脉冲宽度为8.8ps,3dB光谱宽度为0.37nm。为抑制掺钕光纤放大器中1060nm波段激光的竞争,采用长度为10m的W型掺钕光纤作为增益介质进行功率放大,很好地抑制了1060nm波段激光,最终实现了平均功率为117 mW,中心波长为930nm,单脉冲能量为4.15nJ,重复频率为28.2 MHz,脉冲宽度为8.8ps,10dB光谱宽度为2.98nm的脉冲激光输出。