高功率循环流动型半导体泵浦碱金属蒸汽激光器研究进展（特邀）

半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）兼具半导体激光器和气体激光器的技术特点，具有量子效率高、受激发射截面大、折射率扰动较小和热管理便捷等优势，可实现高效率、高功率和高光束质量近红外激光输出，在工业制造、军事、医疗和科研等领域具有重要的应用价值。对于封闭静止型DPAL，在高功率泵浦情况下，蒸汽池内工作气体温度升高，热效应严重，造成DPAL性能下降。而循环流动型DPAL利用气体流动带走废热，可显著缓解工作气体的热效应，从而实现高功率激光输出。目前，循环流动型DPAL已成为实现高功率激光输出的主要技术路线，引发了越来越多的关注和研究。文中将介绍循环流动型DPAL的基本原理，概述其国内外发展现状，分析其高功率运转情况下的主要问题和解决途径，并对循环流动型DPAL的发展趋势进行展望。     

高功率碱金属蒸汽激光器在地球同步卫星发射中的应用

半导体激光抽运碱金属蒸汽激光器(DPAL),可以提供高功率、高效率、近衍射极限的近红外连续激光输出,具有较其它传统高功率激光器更好的综合性能.其发射波长近大气传输窗口,且与半导体光电转换器件的高效吸收波长吻合,因此以DPAL为光源的太空激光传能系统在航空航天领域中具有很好的应用前景.首先概述DPAL的基本原理和结构,并对其作为能源用于同步地球卫星发射任务的方式和优势做了简要讨论.     

种子光线宽影响端面抽运碱金属蒸气放大器的输出特性

半导体激光器抽运碱金属激光器(DPAL)是近年来发展迅速的新型激光光源。DPAL的主振荡功率放大(MOPA)系统是实现DPAL高功率化的最理想工程手段之一。相对于传统激光器,DPAL的吸收和发射线宽非常窄,因此种子光的线宽是影响DPAL-MOPA输出特性的重要参数之一。建立端面抽运DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型,在计算步骤中考虑了种子光线宽与发射截面的波谱分布,详细计算和分析了种子光线宽对DPAL-MOPA系统的输出功率、输出线宽、提取效率、增益系数和抽运吸收等特性的影响,有助于将来定标放大高功率DPAL系统的构建。     

高功率半导体激光泵浦碱金属蒸汽激光器的理论模拟

半导体泵浦碱金属蒸汽激光器(DPALs)作为一种新型激光器,综合了半导体激光泵浦技术和碱金属蒸汽工作物质的优点,有望实现高功率、高效率、高光束质量的连续激光输出.通过基于速率方程理论构建的理论模型,对超高功率半导体激光器的运行状况进行了计算机模拟.理论模拟表明,从半导体泵浦碱金属蒸汽激光器获得连续输出百千瓦级激光输出是可行的,并且可以保证很高的斜率效率和很好的光束质量.该种超高功率激光器可以满足航空航天等领域中对超大功率近红外激光光源的需求.     

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%。     

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。     

半导体激光抽运碱金属激光器研究进展

半导体激光抽运碱金属激光器(DPAL)具有很高的斯托克斯效率、高光束质量、近红外光谱等优异的特性, 得到了广泛的关注和较快的发展。作为典型的三能级激光器, 碱金属激光器连续输出的近红外波长分别为895nm(铯), 795nm(铷), 770nm(钾)。介绍了半导体激光抽运碱金属激光器的物理机理和重要研究进展, 以及作者团队在碱金属激光器方向做的理论和实验研究情况, 讨论了该领域存在的问题和难点, 并对碱金属激光器的未来发展进行了分析和展望。     

高功率半导体激光器端面抽运连续固体激光器谐振腔的设计

提出了设计高功率半导体激光器（ＬＤ）端面抽运连续固体激光器谐振腔的基本原则。据此利用数值计算方法很容易得到理想的腔参数,使腔的热稳定范围相当宽;激光介质内基模半径不随抽运功率变化;腔内像散得到完全消除;在相当大的抽运功率范围内腔工作于稳区中心附近。实验结果证明：这种腔容易实现低阈值、高效、高功率的基模运转,光－光转换效率可达５０％ 。     

LD环形侧面抽运晶体吸收能量分布特性研究

针对激光晶体不同的表面处理方式,建立了多个半导体激光器阵列同时抽运激光晶体时吸收抽运光功率分布的数学模型,采用光线追迹的方法计算了半导体激光器环形侧面抽运高功率固体激光器中激光晶体对抽运光的吸收分布情况。重点根据不同表面处理方式的激光晶体对抽运光的吸收情况,分析了晶体表面处理对抑制ASE效应和获得高效率激光输出的影响。结果表明,晶体表面散射率的提高,能够有效地抑制ASE效应的产生,但同时会降低抽运光与激光输出的模式匹配程度,降低激光器的效率。     

窄线宽单宽面源大功率半导体激光器

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)在高能激光领域获得了快速发展,但碱金属原子吸收谱宽很窄,即使充入1.01×105 Pa的缓冲气体如氦气或乙烷,其碰撞加宽也只有0.02-0.04 nm,而市售大功率半导体激光器输出谱宽为2-4 nm,难以实现有效抽运.采用Littman外腔结构压窄20 W单宽面源大功率半导体激光器...     

半导体抽运碱金属蒸气激光器研究进展

相比于固体和化学激光器,半导体抽运碱金属蒸气激光器以其极高的量子效率、气体介质易于流动散热、高光束质量、不存在单口径功率限制、安全可靠等优点显示出极大的优势和良好的发展潜力。概述了碱金属激光器的基本原理和最新研究进展,分析了高功率定标放大可能遇到的障碍和解决途径,并预测了未来的发展趋势。     

缓冲气体及温度对DPAL输出性能的影响

为进一步提高半导体激光泵浦碱金属蒸汽激光器输出功率,基于三能级速率方程的理论模型,对DPAL的运行进行了模拟,考虑泵浦光带宽,在纵向泵浦的情况下,对缓冲气体气压、增益池长度、温度等参量对激光器输出光强及光光效率的影响进行了计算机模拟,结果表明,一定泵浦光下光光效率随着乙烷气压和温度增加而增大,对一定氦气气压有最大值,模拟结果为实验研究提供了有益的参考。     

缓冲气体对碱金属蒸汽激光器工作特性的影响

基于端面泵浦碱金属蒸汽激光器的速率方程模型,研究了碱金属蒸汽激光器在不同缓冲气体环境中的工作特性。通过优化输出镜反射率、气体压强等参量,获得了激光器在不同缓冲气体中的输出功率随温度的变化曲线。结果表明:有烃DPAL中,最佳输出功率和运行温度随能级混合速率的增大而分别增大和减小,而且激光器在不同烃类气体下的最佳工作状态可用准二能级工作曲线描述;无烃DPAL中,氦气同位素3He可以大幅减小激光器的氦气压强,而且能够提高Rb-DPAL的输出功率,但是K-DPAL在3He中的输出功率略低。模拟结果与已报道的实验现象有较好的符合,可为实验研究提供理论指导。     

缓冲气体对循环流动铯蒸汽激光器气体温度分布和输出特性的影响

为研究缓冲气体对循环流动半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）气体温度三维分布和输出性能的影响,将光束传播方程引入循环流动DPAL理论模型,仿真分析了高功率泵浦情况下缓冲气体配比和压强对端面泵浦横向流动铯蒸汽激光器（Cs-DPAL）输出性能的影响,获得了蒸汽池内工作气体温度的三维分布和对应的输出功率。结果表明,使用纯烷烃作为缓冲气体时,相比于CH₄,相同压强的C₂H₆对应的蒸汽池内温度更低,激光输出功率更高;使用烷烃气体和惰性气体的混合物作为缓冲气体时,若烷烃的压强较低,加入适量的He或Ar可降低蒸汽池内温度并提升激光输出功率。     

162W激光二极管抽运Nd∶YAG腔内倍频激光器

根据激光介质的热透镜焦距及其随抽运功率的变化,设计了大模体积高准直稳定性谐振腔以获得较大的模体积,同时使谐振腔对热焦距的变化和机械对准的扰动不灵敏。这种设计可以提高激光器的效率和稳定性,并且使输出激光具有较好的光束质量。采用双声光Q开关提高关断功率,在输出功率1250 W的连续激光二极管阵列抽运下,获得了210 W的调Q激光输出。采用工作温度80℃的Ⅱ类匹配KTP晶体,以避免KTP晶体的灰色轨迹效应,对KTP晶体采用半导体温控系统控温,在重复频率10 kHz时获得了162 W的调Q绿光输出,光-光转换效率达到13%,脉宽约为80 ns,光束质量M2因子约为20。     

激光二极管抽运的高效率Yb:YGG激光器的连续及锁模运转

报道了激光二极管抽运下的高效率Yb:YGG连续及锁模激光器。实验中采用光学浮区法生长的高质量Yb:YGG激光晶体,在6.7 W的入射抽运功率下得到了1.95 W的激光输出,光-光转换效率为29.1%,最大斜率效率为60%。用半导体可饱和吸收镜启动锁模,在没有补偿色散的情况下得到了1 W的激光输出,光-光转换效率为18.2%,脉冲宽度为2.1 ps,中心波长位于1035 nm。     

激光二极管泵浦固体激光器及其在强激光武器和激光聚变方面的应用前景

本文介绍了二极管泵浦固体激光器的优点及其应用,特别是它在强激光武器和激光聚变方面的应用前景。分析和比较了各种类型的二极管泵浦固体激光器,并给出了它们的最新进展。最后评论了大功率二极管泵浦固体激光器的发展和前景。