高功率、高效率调Q绿光抽运的钛宝石宽调谐纳秒脉冲激光

自行研制出钛宝石晶体抽运的波长为532 nm的全固态高功率激光器,实现了高功率、高转换效率的可调谐钛宝石激光输出。使用3列重复频率为1 kHz的激光二极管阵列对称式抽运Nd:YAG晶体,通过调Q及腔内倍频,获得功率为37.8 W、波长为532 nm的抽运光,每个激光二极管的抽运脉冲包络内包含5个调Q脉冲,单脉冲宽度为90 ns,重复频率为5 kHz。采用该绿光抽运钛宝石晶体,获得733.5～871.1 nm波长范围内的连续调谐激光,在771 nm处获得的输出功率最大,为8.26 W,光-光转换效率高达42%,脉冲宽度为14 ns,30 min内输出功率稳定性优于±4.4%。     

双端抽运腔内和频紫外激光器的实验研究

为了获得高功率全固态355nm紫外激光器,采用平平腔结构,通过LD双端抽运Nd:YVO4晶体,在声光Q开关调制作用下产生1064nm脉冲基频光,利用两块LBO晶体分别进行腔内倍频、和频产生355nm紫外激光。在LD抽运功率54W、调制频率40kHz的条件下,获得紫外的最高输出功率为6.67W,脉冲宽度为20ns, M2=1.1。结果表明,腔内和频可得到高效率、高光束质量的紫外激光输出。     

高平均功率高重复率固态双Nd:YVO4基模激光器

报道了采用国产大功率光纤束模块双端泵浦双Nd：YVO4激光晶体和声光调Q技术，实现了高平均功率、高重复频率的1064nm激光输出。通过降低Nd：YVO4激光晶体的掺杂浓度，采用双端泵浦双晶体，在晶体热效应允许的范围内最大限度地利用了泵浦光的能量，通过腔内插入声光调Q器件，在晶体注入总功率为50W的情况下，得到了24W的TEM00模连续波1064nm激光输出。最高重复频率为50kHz时，平均输出功率为22．9W，脉冲宽度为38ns，相应的光-光转换效率为45．8％；在重复频率为10kHz时，具有最大单脉冲能量1．55mJ，相应的脉冲宽度为15ns，峰值功率达到了103kW。     

高功率Yb:YAG薄片激光器连续和腔倒空实验研究

研究了高功率Yb:YAG薄片激光器连续及腔倒空调Q输出性能。基于平面波理论,建立Yb:YAG准三能级激光连续运转模型,对薄片激光器的晶体掺杂和抽运结构进行优化。通过优化实验方案,研究半导体激光器抽运Yb:YAG薄片激光器连续输出性能,在抽运功率为199 W时,获得功率为100 W的1030nm激光输出,光-光转换效率为50.2%,斜率效率为56.8%。利用RTP电光调Q开光,搭建Yb:YAG电光腔倒空激光器,研究1030nm脉冲输出性能,获得了脉冲宽度为20.2ns的高重复频率1030nm脉冲激光,脉冲重复频率为10~100kHz,当重复频率为10kHz时,1030nm激光的最大峰值功率达到109.8kW。     

高重复频率窄脉宽电光调Q Nd…YVO_4激光器

采用磷酸钛氧铷(RTP)电光偏转器作为调Q开关,实现了连续激光二极管(LD)端面抽运Nd…YVO_4的激光调Q运转。实验研究了输出耦合镜透射率不同、重复频率不同时激光器调Q的输出特性。当输出耦合镜透射率为60%,在5kHz重复频率运转时,获得了平均输出功率为1.22 W、脉冲宽度为1.0ns、峰值功率为244kW的调Q脉冲输出;当重复频率为20kHz时,得到的平均输出功率为2.67 W,脉冲宽度为2.2ns,峰值功率为60.7kW,对应斜率效率为37%,光束质量因子M2x=1.226,M2y=1.229。并使用磷酸钛氧钾(KTP)晶体对激光器输出的1064nm激光进行了腔外倍频,获得了重复频率为20kHz、平均输出功率为1.33 W的532nm绿光输出,倍频效率为50%。     

高重复频率、窄脉宽全固态光纤放大器种子源

高重复频率、窄脉宽的全固态激光器种子源级联光纤放大器是获得高功率脉冲激光输出的有效手段.短上能态寿命的Nd:YVO4晶体在连续抽运、高重复频率Q开关工作时容易得到接近连续性能的平均输出功率.理论分析了声光(AO)调Q器件中影响输出能量和脉宽大小的主要因素,优化配置了腔型参数.利用激光二极管(LD)光纤耦合模块端面抽运Nd:YVO4晶体,实现了声-光调Q重复频率100 kHz以上,脉宽20 ns以下,波长1064 nm的激光输出.在抽运功率5.7 W时,得到了脉宽15.3 ns,重复频率150 kHz的种子光输出,在级联单级光纤放大器后,得到了20 W的输出.     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

基于石墨烯可饱和吸收体的被动锁模、被动调Q掺镱光纤激光器

报道了石墨烯材料作为可饱和吸收体的被动锁模、被动调Q掺镱全光纤激光器。采用环形腔结构,在抽运功率为1.2W时,有稳定的重复频率为1.04MHz的自锁模脉冲发生,平均输出功率为46mW;当抽运功率增加到2.3W时,平均输出功率为170mW,相应的单脉冲能量高达163nJ,脉冲宽度约为680ps。采用线形腔结构,实现了石墨烯被动调Q激光脉冲输出,其重复频率在140～257kHz可调,最窄激光脉冲宽度为70ns,最大平均功率为12mW,相应最大单脉冲能量为46nJ。     

500 kHz,6 ns高重复频率电光腔倒空Nd:YVO_4激光器

报道了一种基于电光腔倒空技术的高重复频率、短脉冲Nd:YVO4激光器。该激光器以880nm连续波激光二极管作为端面抽运源,采用BBO晶体组成的普克尔盒作为电光Q开关。通过优化谐振腔,提高了激光器热稳定性和模式匹配效率。在30W的抽运功率下,获得了脉冲重复频率最高为500kHz,脉冲宽度为6ns,平均功率为10W的1064nm稳定基横模脉冲激光输出。     

高重频声光调Q Nd:YVO4激光器2.1μm光参量振荡器

采用LD端面抽运Nd:YVO4激光器,在声光Q开关重复频率为50 kHz、LD最大泵浦功率50 W时,获得输出功率26.37 W、脉冲宽度26.28 ns的1 064 nm激光输出。通过该系统抽运键合KTP外腔式光参量振荡器(OPO),当LD泵浦电流24 A、对应1 064 nm泵浦功率7.36 W时,实现了重频50 kHz的2.174 m脉冲激光输出,激光平均输出功率为324 mW,激光脉宽为17.8 ns。同时,通过实验分析了不同输出镜透过率和声光调Q激光重频对1.064 m和2.1 m激光输出功率、脉宽的影响。最后通过理论值与实验测量值的对比得出,两组数据基本吻合,且2.1 m输出功率未出现饱和。     

12.5μJ电光腔倒空锁模皮秒激光器的实验研究

报道了单脉冲能量大于10μJ的腔倒空锁模皮秒激光器。通过实验完成了光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4晶体、半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的大功率皮秒激光振荡器后,在锁模腔内插入BBO电光晶体,实现重复频率1Hz～10kHz连续可调的电光腔倒空锁模运转。在抽运功率17.9 W时,获得了单脉冲能量12.5μJ、重复频率10kHz、脉冲宽度24.7ps的激光输出。     

12.5μJ电光腔倒空锁模皮秒激光器的实验研究北大核心CSCD

报道了单脉冲能量大于10μJ的腔倒空锁模皮秒激光器。通过实验完成了光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4晶体、半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的大功率皮秒激光振荡器后,在锁模腔内插入BBO电光晶体,实现重复频率1Hz～10kHz连续可调的电光腔倒空锁模运转。在抽运功率17.9 W时,获得了单脉冲能量12.5μJ、重复频率10kHz、脉冲宽度24.7ps的激光输出。     

GaAs被动调Q固体激光特性研究

使用紧凑的直线平-凹腔结构,利用半导体饱和吸收片GaAs实现了二极管(LD)端面抽运Nd:GdVO4高重复频率的被动调Q 1.06μm激光运转,在8 W的泵浦功率下获得平均输出功率达0.98 W的稳定激光输出,最小脉冲宽度为60 ns.最高重复频率达240 kHz.     

LD端面抽运Nd∶YAG 1338 nm单波长激光器

通过LD端面抽运Nd∶YAG激光腔镜膜系的合理设计,抑制Nd∶YAG晶体最强跃迁对应的1064 nm波长和相邻的1319 nm波长的激光振荡,成功实现了1338 nm单波长激光输出。实验中对比了平平和平凹腔型,研究了连续运转和声光调Q模式下的激光输出。连续运转模式时,在12.9 W的抽运功率下,获得了最高3.25 W的1338 nm激光输出;声光调Q模式下,1338 nm激光的平均输出功率和脉冲宽度随着重复频率的减小而下降。在12.9 W的抽运功率下,当声光调Q重复频率从15 kHz减少到5 kHz,平均输出功率由2.8 W降低到1.9 W,对应的脉冲峰值功率由1.7 kW升高到5.4 kW。     

被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器设计及实验

为了获得峰值功率高、相干性好、频差大的双频脉冲激光,设计了一种二极管端面抽运被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器,该激光器采用共增益T型双驻波腔结构,腔内偏振分光棱镜和半波片组成的双折射滤光片作为激光纵模选择元件,并以Cr4+:YAG晶体作为腔内被动Q开关,使1064nm激光的p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,从而获得1064nm正交线偏振双频激光脉冲输出。建立了被动调Q双腔Nd:YAG激光器速率方程组,理论分析了双腔脉冲激光输出特性,实验研究了双腔双频脉冲激光的振荡特性和输出特性。实验结果表明:当激光二极管的抽运功率为2.7W时,从直线腔输出的p偏振单频脉冲激光的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、42ns和126.4W;从直角腔输出的s偏振单纵模激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、40ns和133.6 W。该双频脉冲激光的频差约为10GHz。这种双频脉冲固体激光器在激光干涉测量和相干激光雷达探测等领域具有广阔的应用前景。     

基于碳纳米管的Tm∶YAP 2μm脉冲激光特性实验研究

采用结构简单、紧凑的直线腔设计,用单壁碳纳米管(SWCNT)为饱和吸收体,实现了激光二极管(LD)抽运Tm∶YAP晶体的2μm波段被动调Q和调Q锁模(QML)脉冲激光运转。当腔长为30mm时,实现了稳定的2μm被动调Q激光输出,抽运功率为8.64 W时,最大平均输出功率为507mW,最高重复频率26.91kHz,最窄脉宽262ns,相应的单脉冲能量18.8μJ。腔长增加到80mm时,得到调Q锁模激光运转,最大平均输出功率和调Q包络脉冲的最高重复频率分别为387mW和34.61kHz,调Q包络下锁模脉冲的重复频率为1.87GHz。     

LD抽运355nm准连续紫外激光器

采用连续LD端面抽运,腔内插入Cr+4:YAG,KTP和LBO等晶体,并采用自孔径选模,获得较好光束质量的准连续紫外激光输出。在抽运功率12W的条件下,紫外激光输出功率约50mW,重复频率10kHz,近场光斑显示获得近似基模的355nm紫外激光。     

激光二极管双端抽运声光调Q高重复频率Nd:GdVO4激光器

激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPSSL)的调Q器件是获得高重复频率、高峰值功率的有效手段之一,随着激光雷达、激光加工业的发展,要求调Q器件向着更高重复频率的方向发展。Nd∶GdVO4以其优异的物理和激光特性,使得它在激光二极管端面抽运固体激光器的声-光(A-O)调Q器件中,即使在很高的调制重复频率下,仍可获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。理论分析了影响脉冲激光的输出能量和脉宽大小的决定因素,研究了脉宽、平均输出功率及峰值功率随调Q重复频率的变化关系。利用双激光二极管双端抽运Nd∶GdVO4晶体棒,实现了声-光调Q高重复频率窄脉宽1063 nm激光输出。在晶体入射端面总抽运功率约43 W条件下,当重复频率f=10 kHz时,获得脉宽Δt=10.2 ns,单脉冲能量E=0.95 mJ,峰值功率PM=93.1 kW的输出;在重复频率f=100 kHz时,获得Δt=28.1 ns,E=0.10 mJ,PM=3.6 kW的结果。     

2 μm Tm,Ho:YLF激光抽运ZnGeP2光参量振荡技术研究

ZnGeP2晶体具有宽的透明范围(0.7～12 μm),较大的非线性系数(d36=75 pm/V),最高损伤阈值能量密度为10 J/em2,较高的热导率(0.18 W/(m·K)),因而非常适合作为高功率中红外光参量振荡器(OPO)晶体.理论上分析了ZnGeP2光参量振荡器相位匹配特性,实现3～5 μm连续调谐范围输出的Ⅰ类相位匹配角在52.5～55.2°之间.实验上,以15 W光纤耦合激光二极管(LD)抽运的2.05 μm高重复频率声光调Q Tm,Ho:YLF激光器作为抽运源,其最大平均功率4 W,脉冲宽度小于40 ns,脉冲重复频率100 Hz～10 kHz可调.为降低准三能级系统激光器阈值,提高激光脉冲能量抽取效率,Tm,Ho:YLF晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55.7°切割,光参量振荡器谐振腔为平平腔,腔长约20 mm.在3.6 W的抽运功率下,脉冲重复频率10 kHz,实现了4.1 μm附近中红外激光输出,参量光脉冲宽度为20 ns,平均输出功率为0.7 W,光-光转换效率为20%,抽运光阈值功率为0.65 W.     

全固态高重复频率244 nm紫外激光器

研究了全固态脉冲运转腔外倍频244 nm深紫外激光器。采用V型谐振腔及主动调Q技术,对双二极管阵列抽运的914 nm和1047 nm基频光进行腔内和频产生488 nm高重复频率脉冲激光。在总抽运功率为44 W时,488 nm激光输出功率为527 mW。利用Ⅰ类相位匹配BBO晶体进行腔外倍频,实现了平均功率为28 mW的244 nm深紫外激光输出,重复频率为4 kHz,脉冲宽度为17.8 ns,倍频效率为5.3%。