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。     

LD抽运声光调Q 1064nm窄脉宽激光器

激光二极管(LD)抽运固体激光器(SSLs)通过声光(A-O)调Q方法获得的短脉冲激光在激光测距、激光雷达等领域有着广泛的应用。从调Q速率方程出发,通过理论分析与合理的模拟,解释了脉冲输出平均功率和脉冲宽度与反转粒子数密度之间的关系。为了获得脉宽相对较窄的脉冲输出,在平-平谐振腔结构中使用LD单端抽运偏振吸收与发射的Nd:YVO4晶体,在抽运电流为32.6 A,重复频率为33.5 kHz,腔长为62 mm,输出镜透射率为50%的条件下获得了最短脉冲宽度为4.4 ns的脉冲激光输出。在抽运电流为31.6 A,腔长为77 mm的条件下,获得脉冲宽度为5.5 ns、峰值功率为26 kW的1064 nm脉冲激光输出。并且讨论了腔长、重复频率以及输出耦合镜透射率与脉冲宽度的变化关系。     

162 W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1250W的连续激光二极管阵列抽运下，获得了210w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10kHz时获得了162W的调Q绿光输出，光一光转换效率达到13％，脉宽约为80ns．光束质量M^2因子约为20。     

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。     

激光二极管双端面抽运Tm:Ho:GdVO4 2 μm激光器

报道了激光二极管(LD)双端面抽运Tm∶Ho∶GdVO4固体激光器,在2.049μm处获得连续(CW)和准连续(QCW)激光输出。激光二极管为光纤耦合输出,光纤芯径400μm,数值孔径0.22,输出波长805 nm。激光二极管额定输出功率27.7 W,均分为两束双端面抽运激光晶体。晶体尺寸为4 mm×4 mm×7 mm,Tm,Ho掺杂原子数分数分别为5%,0.5%。分析了Tm∶Ho能级系统的主要能级跃迁和能量转换损耗。为提高激光器的输出功率和转换效率,激光晶体采用液氮制冷。在重复频率5 kHz,10 kHz,20 kHz,调Q以及连续运行模式下,获得了9.4~10.1 W的激光输出,光-光转换效率为34%~36%。最大单脉冲能量为1.9 mJ,最大峰值功率为0.13 MW。讨论了抽运光功率和重复频率对激光脉宽的影响。     

激光二极管抽运声光调Q高重复频率473nm激光器

实现了重复频率高达100kHz,紧凑的全固态激光二极管抽运的声光调Q473nm腔内倍频蓝光激光器。使用5mm长的Nd∶YAG作为激光介质,倍频采用了10mm长的I类非临界匹配LBO晶体,激光器外形尺寸为11cm×6cm×3cm。使用2W的激光二极管抽运,20kHz重复频率下,得到平均功率为64.8mW的473nm稳定输出,总光光转换效率为3.2%。在1kHz重复频率下,得到脉冲宽度为23ns,峰值功率接近700W,单脉冲能量达到16μJ的稳定的473nm激光脉冲。推导了准三能级系统的储能公式。此公式与以前的结果不同,认为有效储能时间不等于上能级寿命。通过实验结果的分析验证了这个结论。     

双控声光调Q全固态红外激光器

研制出双控声光调Q全固态红外激光器。应用专门研制的双控驱动器,代替普通声光调Q全固态红外激光器中独立的激光二极管(LD)驱动器和声光Q开关驱动器。在双控驱动器中,抽运源激光二极管和Q开关都工作在与输出激光脉冲相同重复频率的间断工作状态。在每一个周期中,激光二极管在输出激光脉冲前的某一时刻打开,在输出脉冲后的适当时刻关断。声光Q开关在激光二极管打开前的某一时刻开始工作,在激光二极管关闭后的某一时刻停止工作。与普通声光调Q全固态激光器相比,在输出激光脉冲重复频率相同的情况下,双控驱动全固态红外激光器能耗减少50%以上,主要部件温升减少10℃以上,达到热稳定的时间减少到23%,用1 W的激光二极管抽运,得到了脉宽16.8 ns,峰值功率4 kW的无寄生脉冲的激光输出。     

单端光纤耦合的声光调Q全光纤化光纤激光器

实现了一种单端光纤耦合的高重复频率、窄脉冲、窄线宽及高效率的主动声光调Q全光纤脉冲光纤激光器。该光纤激光器基于光纤光栅与平面镜组合而成的线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,采用激光二极管与(2+1)×1抽运耦合器形成后向抽运,并利用单端光纤耦合声光调制器(AOM)实现了全光纤化结构的脉冲掺镱双包层光纤激光器。调Q声光开关工作在一级方向,反向输出调Q脉冲,重复频率20～100kHz可调。在重复频率50kHz、抽运功率5.7W下系统获得了输出激光功率2.64W、单脉冲能量528μJ、脉宽56ns、峰值功率943W的稳定的高效率、窄线宽的窄脉冲,中心波长在1080nm左右,线宽为0.06nm,光-光转换效率高达46%。     

150kHz生长型复合Nd:YVO4/Nd:GdVO4电光调Q激光器

报道了一种激光二极管(LD)端面抽运生长型复合晶体的RTP电光调Q激光器,实现了最高重复频率150kHz的TEM00模激光输出,并且对比了生长型复合Nd:YVO4和Nd:GdVO4晶体在高重复频率电光调Q激光器中的表现。实验表明在中小抽运功率下,具有更大发射截面和适中上能级寿命的复合Nd:YVO4晶体更容易在高重复频率电光调Q运转下实现高峰值功率的窄脉宽激光输出。在高抽运功率下,相比于复合Nd:YVO4晶体,热性能更加出色的复合Nd:GdVO4晶体更适合作为高重复频率电光调Q运转的激光增益介质。     

激光二极管抽运的被动调Q Nd:GdVO4激光器

利用激光二极管作为抽运源,分别用Cr4+:YAG,GaAs和染料片作为饱和吸收体,研究了Nd:GdVO4激光器的被动调Q特性.Nd:GdVO4晶体尺寸为4 mm× 4 mm× 6 mm,掺Nd浓度为1%.利用小信号透过率分别为91%和95%的Cr4+:YAG,调Q的阈值分别为0.63 W和0.57 W;在抽运功率为3.69 W时,分别得到了脉宽为64 ns,80ns,脉冲能量为3.66μJ,3.41μJ,重复率为325 kHz,378 kHz的稳定调Q脉冲.利用580 μm厚的GaAs调Q的阈值为0.39 W,在抽运功率为3.69 W时,得到了脉宽为7.8 ns,脉冲能量为2.15μJ,重复率为366 kHz的稳定调Q脉冲.利用初始透过率为70%的染料片调Q获得的脉冲最窄,但是其插入损耗大,抽运阈值高,输出也不稳定.     

基于光参量振荡的35 kHz中红外激光器研究

研究了基于高重频1064 nm激光泵浦的3.8 μm周期性极化铌酸锂(periodically poled LiNbO₃, PPLN)光参量振荡器(optical parametric oscillator, OPO)。采用Nd :YVO₄声光调Q激光器,获得了光束质量良好,重复频率25~35 kHz,最大平均输出功率6.1 W,脉冲宽度59.1 ns的1064 nm基频激光。模拟分析了在1064 nm激光泵浦下,极化周期Λ=29.5 μm MgO:PPLN晶体的温度调谐特性。通过实验,在25~200 ℃的温度范围内,获得了3599.6~3845.5 nm连续变化的中红外激光。当PPLN晶体温度为30 ℃,基频光功率为6.1 W时,得到了最大输出功率0.45 W ,重复频率为35 kHz的3845.5 nm中红外光输出。     

500 kHz波长锁定878.6 nm LD双端泵浦Nd:YVO4声光调Q激光器

报道了一种由波长锁定878.6 nm LD双端抽运Nd:YVO4声光调Q激光器,重复频率在500 kHz时具有稳定的1 064 nm脉冲激光输出。在重频为100 kHz,晶体吸收功率58 W时,获得18.2 W的1 064 nm激光输出,光-光转换效率为31.3%,脉宽为15.2 ns;在重频为500 kHz、晶体吸收功率58 W时,获得26.1 W的1 064 nm激光输出,光-光转换效率为45%,脉宽为44.2 ns,重频在100~500 kHz下具有稳定的脉冲输出,光束质量较传统模式下有明显提高,并且转换效率也有提升。实验表明:利用波长锁定878.6 nm激光二极管直接泵浦的方式,有利于降低晶体热效应、提高光束质量,提高光-光转换效率,获得窄脉宽的脉冲激光输出,并且在一定的温度变化范围内具有极好的温度稳定性。     

脉冲LD泵浦千赫兹1.57 μm全固态激光器

采用非稳腔光参量振荡（OPO）研制了千赫兹重复频率人眼安全波段全固态激光器。激光器采用电光调Q方式、脉冲激光二极管（LD）侧面泵浦Nd:YAG激光晶体实现了高光束质量的1.064m基频激光。光参量振荡部分采用Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体,为了获得较好的光束质量,OPO谐振腔采用平凸非稳定谐振腔结构,实现了千赫兹重频、窄脉冲1.57m波段激光输出。在脉冲激光二极管泵浦电流为125 A、电光调Q重复频率为1 kHz时,1.57m激光输出最大平均功率达到了4.67 W,激光脉冲宽度为4.3 ns,功率不稳定度为3%,激光泵浦阈值约为45 A。     

1550 nm全光纤单频脉冲光纤激光器

设计并实现了一种基于人眼安全波段的1550 nm全光纤化结构单频脉冲光纤激光器。激光器采用外腔稳频技术的单频半导体激光器作为种子源,其线宽1.8 kHz,功率20 mW。通过预放大器和声光调制器获得单频脉冲激光,并运用两级光纤放大器实现了线宽1.9 kHz、平均功率521 mW、脉冲宽度200 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲光纤激光输出。输出脉冲峰值功率达260 W。输出端采用了双包层单模光纤,保证了输出激光的光束质量。整个激光器通过对种子光级联放大,结合放大器的增益控制,成功抑制了受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)效应,消除了放大过程中噪声对线宽的影响,获得了线宽稳定的单频脉冲激光。     

激光二极管千赫兹级Nd:YVO4皮秒脉冲激光再生放大器

采用光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4激光晶体,抽运光平均功率为20W,脉冲宽度为100μs,获得了重复频率为1 kHz、平均功率为1.5 W的再生皮秒脉冲激光输出,脉冲宽度约为15 ps,两个方向上的光束质量因子均小于1.4。     

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。     

高重复率窄脉宽Nd:YVO4板条激光器

部分端面抽运的混合腔板条激光器是一种新型的全固态激光器,采用这种结构,实现了高重复率调Q运转.在脉冲抽运情况下,1 kHz运转时,得到脉宽4.6 ns,单脉冲能量4.5 mJ的激光输出.在连续抽运调Q输出情况下,5 kHz高重复率运转时,获得了脉宽6 ns,单脉冲能量3.1 mJ的脉冲序列输出,平均功率超过15 W;当重复率高达25 kHz时,得到脉宽9.5 ns,单脉冲能量1.2 mJ的激光输出,平均功率达30 W.实验结果表明,输出水平还有很大的提升空间.     

高重复率窄脉宽Nd∶YVO_4板条激光器

部分端面抽运的混合腔板条激光器是一种新型的全固态激光器,采用这种结构,实现了高重复率调Q运转。在脉冲抽运情况下,1kHz运转时,得到脉宽4.6ns,单脉冲能量4.5mJ的激光输出。在连续抽运调Q输出情况下,5kHz高重复率运转时,获得了脉宽6ns,单脉冲能量3.1mJ的脉冲序列输出,平均功率超过15W;当重复率高达25kHz时,得到脉宽9.5ns,单脉冲能量1.2mJ的激光输出,平均功率达30W。实验结果表明,输出水平还有很大的提升空间。     

侧面抽运国产Nd:YAG陶瓷棒的激光特性

实验研究了激光二极管阵列(LDA)侧向抽运国产Nd:YAG陶瓷棒的准连续及被动词Q激光输出特性.该陶瓷激光器采用LDA侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构,陶瓷棒抽运区域长度为20 mm,其总尺寸为φ3 mm×35 mm,掺杂原子数分数为～1%.在千赫兹准连续运转条件下,当平一平谐振腔的输出耦合镜透过率为47.3%时,获得最大平均功率23 W的1064 nm激光输出,光束发散角为4.5 mrad,斜率效率达12%.在谐振腔内插入Cr4 :YAG晶体作为被动调Q开关,成功地实现了陶瓷激光器千赫兹重复频率调Q激光脉冲输出,当Cr4 :YAG晶体初始透过率为60%时,输出激光脉冲宽度(半峰全宽)可窄至14.5 ns,调Q动静比约为40%.     

基于差动电路的准连续半导体激光器驱动设计

为了提高大功率半导体激光器驱动系统输出的稳定性和可调性、改善输出光束的质量、延长使用寿命,利用差动放大电路原理,采用开路时间常数法对驱动电路的静态工作点和频响特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,驱动电路在保证电流输出无过冲的前提下,可以实现峰值电流0A~60A、脉宽可调范围20μs至连续、重复频率500Hz~10kHz、最大功率130W的连续可调电流输出。该设计较传统方法提高了输出稳定性,拓宽了大功率电流输出时的脉宽和重频可调性,具有更优异的性能。