LDA侧泵Nd玻璃的高光束质量激光放大器研制

研制了一台高光束质量、高稳定的基于激光二极管阵列(LDA)侧泵Nd玻璃的纳秒方形激光脉冲放大器。为了获得较高的输出能量,采用LDA泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。同时,为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,以便得到超高斯平顶分布的光束,并对后级放大器增益不均性进行预补偿,最终得到了光束口径为Φ13mm、光束近场调制度小于1.22∶1的激光输出。放大器工作波长为1 053nm,当注入500nJ的3ns方形激光脉冲时,得到无脉冲畸变激光脉冲能量为100mJ、能量不稳定度为2.14%(均方根)和远场角漂移小于11μrad的高光束质量激光输出。     

基于液晶空间光调制器整形的重频100mJ全固态1053nm钕玻璃激光放大器(英文)

介绍了所研发的一台放大纳秒激光脉冲的高光束质量钕玻璃激光放大器。该放大器采用了多级LD泵浦与液晶空间光调制器进行整形相结合的技术,光束传输遵循抑制衍射、主动控制与补偿及空间滤波的原则。在重频为1 Hz时,将注入的3 ns、1 nJ的方形激光脉冲能量放大到115.3 mJ,能量净增益109倍,输出激光的能量分散度小于2%,光束的近场调制度小于1.23:1,远场光斑的角漂移小于9.8μrad,远场光斑的衍射限小于2DL。     

高稳定激光二极管抽运Nd:YLF再生放大器

设计并实现了一种放大纳秒激光脉冲的高稳定的激光二极管(LD)抽运Nd:YLF再生放大器.为了获得高稳定的输出,再生放大器工作在饱和状态.此时,再生放大器输出稳定性最好,而且注入激光脉冲能量波动引起的输出激光脉冲波动被抑制.由于增益饱和效应,再生放大器输出脉冲出现时域波形失真,附加后缀脉冲能够减弱时域波形失真.放大器工作波长1053 nm,工作频率1 Hz.输入240 pJ的3 ns方波激光脉冲,输出激光脉冲能量4.2 mJ,总增益大于107,不稳定度小于1%(均方根),方波扭曲1.33.为3 ns方波激光脉冲引入其本身幅度0.75倍的后缀脉冲,输出激光脉冲方波扭曲由1.33降至1.17.     

高稳定激光二极管抽运Nd∶YLF再生放大器

设计并实现了一种放大纳秒激光脉冲的高稳定的激光二极管(LD)抽运Nd∶YLF再生放大器。为了获得高稳定的输出,再生放大器工作在饱和状态。此时,再生放大器输出稳定性最好,而且注入激光脉冲能量波动引起的输出激光脉冲波动被抑制。由于增益饱和效应,再生放大器输出脉冲出现时域波形失真,附加后缀脉冲能够减弱时域波形失真。放大器工作波长1053nm,工作频率1Hz。输入240pJ的3ns方波激光脉冲,输出激光脉冲能量4.2mJ,总增益大于107,不稳定度小于1%(均方根),方波扭曲1.33。为3ns方波激光脉冲引入其本身幅度0.75倍的后缀脉冲,输出激光脉冲方波扭曲由1.33降至1.17。     

高稳定高性能皮秒光参量放大器抽运源研究

结合短脉冲光参量放大抽运源的需求,基于固体放大技术,对光纤锁模激光器输出的6nm带宽皮秒纳焦耳级激光脉冲进行放大,获得了6.2mJ的基频以及3.0mJ的倍频输出,输出脉冲的时间宽度为8.6ps,倍频光峰值功率密度为4.94GW/cm2。采用高增益的Nd3+…YLF再生放大器做前级放大器,利用其光谱增益窄化效应获得窄带的高功率光参量放大抽运光。理论计算表明,在此增益条件下,输出激光的光谱将被窄化至0.3nm。采取了合理的空间整形方案,输出激光的近场呈平顶分布,光束质量优良。再生放大器采用钢棒结构,降低温度变化对系统稳定性的影响,总能量输出稳定性优于1%(RMS)。     

高增益亚纳秒脉宽激光Nd:YAG双通放大器

对亚纳秒脉宽激光脉冲进行了双通放大的实验研究。双通放大器增益介质掺杂原子数分数为1.0%,3 mm×120 mm的Nd:YAG棒。为了消除自激振荡和放大自发辐射(ASE)效应,Nd:YAG棒两端面采用1.5°倾角设计。为了获得较高的能量提取效率,通过选择合适的扩束镜倍率,保证主振荡器输出的种子激光光斑面积大约为晶体棒端面面积的80%。主振荡器输出的单脉冲能量为0.16 mJ,重复频率为5 Hz,脉冲宽度为0.964 ns,M2为1.5的种子激光,经过Nd:YAG双通放大后,得到了单脉冲能量88 mJ,脉宽0.975 ns,M2为1.7,不稳定度小于±3%,550倍的稳定高增益亚纳秒激光双通放大输出。     

采用钛宝石薄片作为增益介质的再生放大器

实验研究了以钛宝石薄片作为增益介质的再生激光放大器,其钛宝石薄片厚度为2mm,前表面作为通光面,镀有对抽运激光和放大激光增透的高阈值双色介质膜,后表面作为反射面,镀有对抽运激光和放大激光高反的高阈值双色介质膜,晶体对抽运激光的吸收率大于80%(1次透射和1次反射)。在再生腔中,钛宝石晶体不仅作为增益介质,也作为反射腔镜,简化了放大腔腔型。钛宝石晶体采用端面冷却的方式,极大地降低了晶体中的热效应,从而提高了放大脉冲激光的光束质量,在此基础上获得了能量为5.2mJ的放大激光脉冲输出,能量转换效率达到11.5%,放大激光光束质量因子M2小于1.2。     

10 Hz,1.2 J脉冲波形近方波的纳秒Nd:YAG激光器

搭建了一台中等重复频率、高峰值功率的Nd:YAG激光器。激光器主要包括三部分:单纵模全光纤种子源、LD抽运的Nd:YAG再生放大器和氙灯抽运的Nd:YAG功率放大器。该系统获得了平均功率为12W、重复频率为10Hz、单脉冲能量为1.2J、脉冲宽度为3ns的激光输出,工作波长为1064nm,输出光束口径为10mm,95%的能量在600μrad范围内,近场光强近平顶分布,近场光强调制度小于1.2,时间波形近似方波,能量稳定性均方根值小于1.4%。     

超高斯平顶分布光束空间整形技术研究

高能激光器为了获得高光束质量的方形超高斯平顶分布的激光输出,需要对注入的高斯激光脉冲的几何轮廓和强度分布进行空间整形。数字微镜器件(DMD,digital moero-mirror device)是一种性能优异的、基于数字调制的空间整形器件,具备对比度高、分辨率高和抗干扰能力强等优点,非常适合高能激光器高电磁干扰的工作环境。基于DMD,研究了光束空间整形的算法和实验研究。通过二次整形,光束近场调制度(光强的最大值比平均值)由一次整形后的1.85∶1下降到1.33∶1,改善了28.1%,能量损耗为35.7%;并且,二次整形后的光束具有极强的稳定性,在写入整形光阑不变的情况下,输出光束近场调制度的分散度仅为1.77%,降低了环境的变化、"噪声"的随机分布对光束强度分布的影响。     

425mJ高光束质量特殊取向Nd:YAG激光放大器

基于主振荡功率放大结构,采用特殊取向Nd:YAG激光放大器,获得高脉冲能量、高光束质量的激光输出。激光放大结构包含种子源、预放大级和主放大级三部分。在主放大级中,采用串联放置的激光二极管侧面抽运Nd:YAG棒状放大模块对种子光进行放大。为了获得高光束质量的输出光束,对不同切割方向Nd:YAG晶体棒的热退偏损耗进行了模拟。根据模拟结果,放大模块选择[100]切割方向的Nd:YAG晶体棒作为增益介质。在重复频率为200Hz、脉宽为25ns、脉冲能量为40μJ、光束质量接近衍射极限的种子光注入条件下,获得了425mJ脉冲能量输出,输出光光束质量因子为1.37,功率稳定度为0.81%。     

应用于EAST TS诊断的高能高频Nd:YAG激光器设计

设计了一台可输出1064 nm和532 nm激光脉冲的高能高频激光器,分别用于EAST汤姆逊散射诊断系统对芯部区域和边界区域等离子体电子温度和密度的诊断。该激光器采用电光调Q、卡塞格林非稳腔以及氙灯泵浦脉冲放大器实现频率为100 Hz的3.5 J@1064 nm激光输出。通过两级半导体侧泵浦模块对基频光能量放大,输出激光能量5.5 J@1 064 nm。通过理论计算和分析,确定泵浦模块的放大能力,并与实验结果进行对照。采用LBO晶体对基频光进行倍频,输出能量为3 J@532 nm的脉冲激光,倍频效率为55%。输出基频光光斑直径约为14.51 mm,脉冲宽度11.90 ns,倍频光光斑直径约为17.81 mm,脉冲宽度9.92 ns,激光脉冲呈超高斯平顶分布。重复频率从1~100 Hz可调,汤姆逊散射诊断的空间分辨率达10 ms,为芯部和边界输运垒等微观物理问题的研究提供了条件。     

热畸变对单板条热容激光器输出的影响

开展了激光二极管(LD)抽运的全固态热容激光器的理论与实验研究,数值模拟了在热容工作条件下侧面抽运的Nd∶YAG板条激光器的热透镜效应,分析了热透镜效应对激光输出的影响,并进行了相应的实验论证。实验中采用的晶体尺寸为57mm×40mm×4mm,激光二极管阵列的抽运峰值功率为12kW,重复频率为1kHz,占空比为20%,为了获得较高的增益,将抽运光通过光学系统进行聚焦,抽运光在晶体侧面的光斑大小为15mm×57mm.实验中观察了1s内的脉冲能量输出的波动情况,在开始工作的时候单脉冲能量输出为1J,在1s后单脉冲能量输出下降到开始的50%。     

用增益孔径改善被动调Q短腔激光器近场的实验

采用实验研究的方法, 对利用增益孔径改善小型激光二极管(LD)端面抽运被动调Q短腔激光器近场的方法进行了验证, 并研制了一台具有高稳定性、准高斯分布近场和光滑时间波形输出的小型非一体式LD端面抽运激光器。该激光器是实现小型化激光测距仪的关键单元, 采用新颖的二极管抽运的增益开关被动调Q短腔键合YAG设计, 由增益孔阑实现选模, 保证光束质量; 由短腔和Cr4+：YAG调Q保证单纵模运转和短脉宽输出; 由增益开关保证小的调Q抖动。激光器输出的近场质量证明了利用增益孔径可对此类激光器的近场进行有效的主动控制。     

高增益二极管泵浦固体激光放大器

对高增益二极管泵浦固体激光放大器进行了设计,在输入脉冲峰值功率为１～１０００Ｗ级、脉宽为１０～３０ｎｓ的条件下,利用８０８ｎｍ半导体泵浦源对一种新型几何结构的固体增益介质进行泵浦,实现１００ｍＪ级的脉冲能量输出。     

高增益高转化效率LD侧面泵浦模块的研究

采用光电探测器和脉冲电流钳对泵浦波形和激光输出信号进行采集,通过示波器判断激光起振时间,从而判断激光增益大小。比较了激光晶体半径分别为1.5 mm、2 mm、2.5 mm三种条件下LD侧面泵浦模块的增益特性。结果表明,激光晶体半径相对较小时,激光建立时间短,因此增益高,输出激光能量大,光-光转化效率高。     

1053 nm掺Yb光纤放大器脉中放大实验研究

本文给出掺Ｙｂ光纤脉冲放大的实验结果,在一段长１８ｍ的Ｙｂ光纤中获得了超过２６ｄＢ的增益．利用１．０５３μｍ单模ＬＤ激光器作注入信号．重复频率为１ｋＨｚ,脉宽分别为１μｓ、２μｓ、５μｓ、１０μｓ．增益与泵浦功率等关系的实验结果表明增益对泵浦功率、光纤长度和信号功率敏感。当小信号放大时,输出脉冲不失真,表明该放大器可用于高脉冲能量激光的前置放大．     

激光二极管抽运掺Yb3+光纤放大器获得2.41W超短脉冲输出

对国产掺镱(Yb3 )双包层大模场面积光纤超短脉冲放大器进行了系统的实验研究。以自己搭建的脉冲宽度为2.3ps,重复频率为95MHz的全固态锁模激光器作为种子源,以976nm大功率光纤耦合激光二极管为抽运源,以1.6m国产掺Yb3 双包层大模场面积光纤为增益介质,在11.2W的入纤抽运功率下,将平均功率为100mW的脉冲种子光放大到平均功率2.41W,单脉冲能量达到了25nJ,放大后脉冲的宽度(时域宽度)和光谱都有所展宽。     

百皮秒激光脉冲的全光纤放大及应用

为了得到高单脉冲能量的百皮秒激光脉冲,采用自制的被动锁模掺镱光纤激光器获得了100ps的激光脉冲输出,在此基础上采用两级全光纤结构主振荡功率放大器进行功率放大,其中预放大级采用7m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,得到平均功率160mW的稳定脉冲输出;主放大级采用20m纤芯的双包层掺镱光纤做增益介质,在抽运功率逐步增加到35.37W时,输出功率达到了16.60W,相应的单脉冲能量为1.63J,峰值功率为16.61kW。此外,主放大级输出的激光通过自制的模场转换器与光子晶体光纤(纤芯4.6m)成功熔接,得到了2.85W的白光超连续光谱,光谱波长覆盖了600nm~1700nm的检测范围。结果表明,此激光可用于超连续谱光源的产生。