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。     

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.     

百微焦级飞秒光纤激光放大系统

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 k Hz,功率为50 W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。     

5kW Nd:YAG端面抽运板条激光器及其光束质量提升

理论分析了影响二极管端面抽运Nd:YAG板条激光放大器放大效率的因素,设计了主振荡功率放大板条连续激光器。使用1064nm窄线宽光纤激光器作为种子源,采用两个Nd:YAG板条激光放大器先串接再双程放大的技术路线。两个Nd:YAG板条激光放大器的尺寸结构完全相同,Nd:YAG板条的尺寸均为150.2 mm×2.5mm×30mm,每个板条都是半导体激光器阵列双端抽运。放大器抽运源总功率为21.6kW时,实现了5.4kW连续激光的输出,光-光转换效率为24.8%,光束质量β为3.5。在输出光路位置使用狭缝空间滤波器,光束质量β可以提升到2.5。     

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。     

百纳秒脉宽单频大能量1064 nm激光器

报道了基于光纤-固体混合放大的百纳秒脉冲宽度单频大能量1064 nm激光光源的研究工作。采用1064 nm分布反馈(DFB)半导体激光器作为单频连续种子光光源,采用声光调制器将种子光整形为脉冲宽度约为149.0 ns的洛伦兹波形脉冲光,重复频率为60 Hz,经过级联的全保偏光纤放大器放大后,获得单脉冲能量约为2.1μJ、脉冲宽度约为216.7 ns的脉冲光输出。固体放大部分采用激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YVO₄晶体作为高增益的前放大器进行双程放大,采用LD单侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为预放大器进行双程放大,采用两级LD双侧面抽运的Nd∶YAG板条晶体作为功率放大器,最终获得了单脉冲能量为151.4 mJ、脉冲宽度约为267.8 ns的激光输出。采用光学外差法对输出脉冲激光的线宽进行了测试,线宽约为14.2 MHz。研究结果为星载相干测风激光雷达采用1.06μm的激光光源提供了新的技术路线。     

小型激光系统达到2.5兆兆瓦峰值输出

美国劳伦斯实验室试验了以皮秒脉冲产生兆兆瓦级峰值功率的高能激光装置.此系统采用的四级放大器都使用了线性调频脉冲技术. 由Nd:YLF激光器产生的短促低能脉冲通过长达1000米的光纤与光栅对,使脉冲宽度由100皮秒变为300皮秒.此脉冲又经Nd:磷再生式放大器放大,净增益为     

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。     

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。     

高峰值功率皮秒脉冲棒状光子晶体光纤放大器

高峰值功率的超短脉冲激光器在激光精细微加工等领域具有重要应用价值。以超大模场光纤为增益介质对超短脉冲激光进行功率放大,是实现高光束质量、高峰值功率超短脉冲激光输出的有效技术手段。以脉冲宽度、重复频率可调的1030nm锁模光纤激光器为种子光源,通过多级全光纤功率预放大和以超大模场棒状光子晶体光纤(PCF)为增益介质的功率放大器,搭建了高峰值功率皮秒脉冲光子晶体光纤放大器系统。实验研究了棒状PCF放大器的输出特性,在脉冲宽度为30ps时实现了峰值功率为2.94 MW的近衍射极限激光放大输出。     

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。     

高功率超短脉冲掺铥光纤激光器的研究进展

掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等众多领域,具有其他波段光纤激光器不可替代的重要作用。主要介绍了本课题组在高功率超短脉冲掺铥光纤激光器方面的研究进展,包括利用光纤布拉格光栅控制锁模掺铥光纤振荡器的脉冲宽度和光谱形状,实现了2μm波段高重复频率、高稳定性的皮秒脉冲激光输出。同时,采用该皮秒脉冲激光作为种子源,研制出了百瓦量级全光纤结构的皮秒掺铥光纤放大器,最后一级功率放大器的最大平均输出功率为120.4W,脉冲宽度为16ps。此外,设计并搭建了全光纤全保偏结构的皮秒掺铥光纤放大系统,实现了平均功率为240 W的线偏振皮秒脉冲激光输出,偏振消光比大于15dB,脉冲宽度为45ps。     

LD端面泵浦Nd∶YVO4激光放大器的理论及实验

设计了激光二极管(LD)连续端面泵浦的Nd:YVO4主振荡放大器(MOPA),研究了重复频率10 ～ 50 kHz调Q脉冲注入时不同输入功率下放大器的输出情况.建立了基于速率方程理论的端面泵浦激光放大器运转模型,能够很好地描述千赫兹脉冲的放大行为.数值模拟和实验结果表明,随着频率的增加,脉冲放大逐渐逼近稳定态放大行为....     

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。     

高功率光纤激光器中自相位调制的实验研究

利用主振荡功率放大(MOPA)结构高功率皮秒脉冲全光纤激光器,对高功率皮秒脉冲放大器中自相位调制(SPM)效应进行了实验研究。激光器种子源是自行搭建的半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动锁模光纤激光器。为了抑制非线性效应,使用一个自制重频倍增器把种子脉冲的重频增加到328 MHz 后再放大。放大器部分采用三级放大结构,最终获得了中心波长为1 066.5 nm,3 dB 光谱线宽约为2.5 nm,平均功率为91W 的稳定皮秒脉冲激光输出。实验对光脉冲在放大的过程中自相位调制引起的光谱变化进行了研究。对激光器输出光谱的分析表明,随着功率的增大,高功率光纤激光器中自相位调制效应受到入射脉冲的初始啁啾和脉冲形状的影响程度也随着变大,与此同时还受到自陡峭效应的影响。     

高功率光纤飞秒激光放大器的研究现状与发展趋势

针对高功率光纤飞秒激光放大器,介绍了啁啾脉冲放大(CPA)技术的基本原理,讨论了该结构中关键的展宽器和压缩器的发展现状与瓶颈;介绍了典型的大模场面积光纤的结构和工作原理,简介了基于大模场面积光纤的CPA系统的发展现状;介绍了非线性放大技术,讨论了实现更窄脉冲宽度、更高脉冲质量的光纤飞秒激光放大方案;最后分析了全光纤结构、相干合束、单晶光纤增益介质以及皮秒种子源等新型技术,并总结了高功率光纤飞秒激光放大器的发展趋势。     

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%。     

高平均功率锁模皮秒Nd:GdVO_4激光器研究

正紧凑的被动锁模全固态激光器在精密测量加工、非线性光学频率变换等方面具有重要的应用。Nd~(3+)掺杂的晶体材料是超短脉冲锁模激光器的主要增益介质,其中Nd:GdVO_4晶体具有高热导率、宽增益带宽、短上能级寿命等优势,使其在获得高功率、窄脉冲皮秒激光方面具有很大的潜力、采用主振功率放大(MOPA)方案,获得了高功率、窄脉冲皮秒1063 nm激光、对于振荡级,为了减小量子亏损热,利用879 nm半导体激光直接泵浦Nd:GdVO_4晶体;采用半导体可饱和吸收镜作为锁模元件。在热近非稳腔运转条件下获得了输出平均功率为7 W的皮秒1063 nm激光,重复频率约为250 MHz,光光转换效率和斜效率分别为55.2%和56.8%。对于放大级,为了减小晶体中的热量,同时使得振荡级和放大级的波长匹配,仍然采用879 nm半导体激光直接泵浦Nd:GdVO_4晶体。对振荡级输出的皮秒1063 nm激光,平均功率为5.8 W时进行了单程放大。在吸收泵浦光功率为64.3 W时,放大器最大输出平均功率为21.7 W的皮秒1063 nm激光,对应提取效率为33.7%、1063 nm激光输出平均功率为21.7 W时,脉冲宽度为7.1 ps,光束质量因子为1.24,这也说明放大器输出激光处于单模运转状态。     

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%。     

激光二极管端面泵浦Nd∶YVO4混合腔板条激光放大器

选用光束质量接近衍射极限的种子激光器作为主振荡级激光器的功率放大系统可以同时获得较高的输出功率和良好的光束质量。由于板条晶体的特有尺寸,使得种子激光可以多次通过板条晶体,因此有利于实现高提取效率的激光放大器。Nd∶YVO4晶体因为具有比Nd∶YAG更大的受激发射截面和吸收截面、更宽的吸收谱线、输出偏振光等,因而在放大器中应用较多。本文采用侧泵Nd∶YAG棒激光器作为LD端面泵浦Nd∶YVO4混合腔板条激光放大器的种子激光器,种子激光通过整形后,往返3次通过激光晶体实现了功率的放大。实验中在泵浦功率140.9 W,种子功率3.2 W,重复频率20 kHz时,获得了29.5 W的激光输出,提取效率为21.2%,斜效率为35%。