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%。     

激光器免温控泵浦源的多波长选择理论

为了实现激光器在一定温度范围内LD泵浦源免温控稳定工作,具有较高并且稳定的泵浦光吸收效率,分析了DPL激光器中LD发射谱和Nd:YAG增益介质吸收谱的特点及匹配问题,据此提出了一种激光器免温控泵浦源的多波长选择理论和方法,同时增加泵浦光吸收长度克服Nd:YAG吸收谱和LD波长失配的不利影响。优化设计了一个波长为802.35 nm@25℃、813.15 nm@25℃和810.95 nm@25℃的三波长LD泵浦方案,计算结果表明:在一定吸收长度下,多波长泵浦光吸收效率可达73.96%,并且在-15.7~65.7℃宽温度波动范围内,激光器输出能量不稳定度优于5%。同时还模拟分析了增益介质吸收长度和掺杂浓度对泵浦光吸收效率的影响。     

组合增益介质双波长激光器的功率均衡机制研究北大核心CSCD

研究了激光二极管端面抽运的组合增益介质双波长激光器的功率调谐特性。研究表明,组合增益介质的内部抽运光束腰位置和温度是影响双波长信号相对功率比的重要因素;当固定抽运光束腰位置,增益介质发射截面随温度的变化率不同,导致双波长信号相对功率随温度而改变。进行了相关的验证实验,对于特定参数的组合增益介质双波长激光器,固定抽运功率为3 W,固定抽运光束腰位置在增益介质内1.5 mm,当热沉温度从5℃升温至32.3℃,输出双波长信号达到功率均衡,总输出功率为435 mW,实验结果与理论仿真符合较好。     

激光二极管双端抽运Tm:YLF 1.9 μm激光器

报道了一种激光二极管(LD)双末端抽运Tm:YLF激光器,在1.9 μm处获得了连续波(CW)输出。1.9 μm激光可用于抽运Ho晶体获得2 μm激光。在理论上,分析了掺Tm3+激光器的运转机制和能量转换损耗,计算出Tm:YLF激光器在理论上的斜率效率达到50%。在实验上,抽运源使用工作波长为792 nm的光纤耦合激光二极管,抽运光均分为两束双端抽运Tm:YLF晶体,两块晶体串接在折叠腔内。Tm:YLF 晶体的掺杂原子数分数为4%, 尺寸为3 mm×3 mm×12 mm。测量了输出镜在不同透射率情况下激光器的输出激光波长,当输出镜透射率T=26%时,在1.9μm处获得20.1 W的连续波激光输出,相应的抽运功率为75 W,阈值抽运功率为9 W,斜率效率为34%,光-光转换效率为27%。     

83 W 659.5 nm全固态红光激光器

报道了采用双抽运头串联的对称直通腔结构及KTP晶体腔内倍频实现高功率红光激光输出的实验结果.在激光二极管(LD)抽运功率为1250 W,声光Q开关工作重复频率为10 kHz条件下,获得平均功率为83 W,波长为659.5 nm的红光激光输出,光-光转换效率为6.7%,斜率效率为17%.激光器采用平-平腔结构,每个抽运头使用了一个连续运转的高功率激光二极管侧面抽运组件,组件内由35只20 W的激光二极管呈五边形阵列分布抽运一根Nd∶YAG圆棒.采用镜片镀膜的方法使Nd∶YAG工作在1319 nm波长,经腔内倍频得到单一波长659.5 nm红光输出,并对该激光器的基频及倍频输出特性进行了实验研究.     

激光二极管端面抽运Tm:YAG激光器

研究了输出波长为2.018μm的激光二极管(LD)抽运Tm∶YAG激光器。通过准三能级系统的速率方程,分析了激光系统的抽运阈值和斜率效率。同时,利用ABCD矩阵分析了平凹腔和双凹腔的腔型稳定条件和模式匹配情况。实验时采用785 nm的光纤耦合半导体激光器为抽运源,当采用平凹直腔,Tm∶YAG晶体为5℃时,获得了4.04 W的连续激光输出,激光器斜率效率为35.4%,光-光转换效率为26.4%。实验比较了不同晶体温度下Tm∶YAG激光器的阈值、功率和效率。实验结果与理论分析基本吻合。此外,还研究了激光器腔型对激光输出功率和效率的影响。     

波长锁定878.6nm激光二极管抽运Nd:YVO_4 1064nm激光器

报道了一种由波长锁定878.6nm半导体激光器抽运Nd:YVO4晶体的1064nm激光器,当晶体吸收7.41W的抽运功率时获得了5.75W的1064nm激光输出,相对于吸收功率的斜率效率为80.2%,光光转换率为77.6%,并且对波长锁定878.6nm,非波长锁定的808nm,878.6nm抽运的激光器的温度特性进行了研究,结果表明利用波长锁定878.6nm作为抽运源的激光器在10℃~40℃的温度变化范围内具有很好的输出稳定性。     

蓝光激光二极管抽运Pr:YLF绿光激光器

报道了蓝光激光二极管抽运的掺镨氟化钇锂(Pr:YLF)固体绿光激光器。采用长度5mm、掺杂离子数分数为0.5%的Pr:YLF晶体作为激光增益介质,在中心波长444nm的蓝光激光二极管抽运下,获得波长522.4nm的连续绿光激光输出。应用不同透射率的输出耦合镜研究了激光器的输入输出特性。在吸收抽运光功率530mW,输出镜透射率为1.9%时获得最大输出功率为90.1mW,斜率效率达到65.3%。     

千瓦级激光二极管抽运热容固体激光器

开展了热容激光二极管(LD)抽运固体激光器理论和实验研究工作,进行了抽运源耦合结构的光线追迹和优化设计,针对热容工作模式下激光介质的激光特性进行了初步理论分析,数值模拟了不同抽运条件下激光介质的增益分布及温度梯度、应力梯度,确定了激光器的安全运行条件。初步完成了热容激光器实验平台的建立:采用两个220 Bar的激光二极管面阵对直径为50 mm,厚度为15 mm的Nd∶GGG晶体进行抽运,耦合方式为微透镜准直加正交柱透镜组,耦合光斑的大小为30 mm×30 mm,谐振腔采用平平腔,实验结果表明该激光器在平均抽运功率为8100 W的激励条件下获得了1385 W的激光输出,光-光转换效率约为17%。     

大功率宽条分布反馈激光器研究

大功率半导体激光器一般用作抽运源,但其抽运的离子吸收峰带宽一般都比较小。为提高大功率半导体激光器对固体或光纤激光器等的抽运效率,就要降低半导体激光器的输出波长随注入电流和热沉温度的漂移系数。分析了光栅深度和光栅填充因子对激光器输出波长锁定效果的影响,实验验证确定出合适的光栅参数,依据优化条件得出合适的激光器腔长,制备出锁定效果良好的宽条分布反馈激光器。该激光器的单管腔长2.4mm,发光条宽100μm,连续最大输出功率400mW,热沉温度为15℃时的输出波长为954nm,输出波长随注入电流的漂移系数为0.67nm/A,输出波长的温漂系数为0.046nm/K。     

无温控多波长LD泵浦方棒状Nd∶YAG固体激光器

报道了一种多波长LD泵浦方棒状Nd∶YAG无温控固体激光器。激光器采用LD侧面泵浦方式,LD泵浦模块由四种不同中心波长的LD组合而成,常温25℃时,各bar条中心波长分别为802 nm、804 nm、806 nm、808 nm,LD模块光谱半高全宽为7 nm左右;工作介质为侧面双通方棒状Nd∶YAG键合晶体,通过控制光路可以增加工作介质的有效吸收长度;调Q方式为电光调Q;得到一种无温控固体激光器。该激光器在-40^+60℃温度范围内,可以无温控稳定输出能量≥40 mJ;输出激光水平方向发散角θ2 x=1.79 mrad,垂直方向发散角θ2 y=1.36 mrad;光束质量:M 2 x=4.858,M 2 y=2.697。     

3.5μm KTiOAsO4光参量振荡器温度调谐特性

对3.5μm KTiOAsO₄光参量振荡器(KTA-OPO)的温度调谐性能进行研究,仿真计算不同温度下KTA的相位匹配曲线,以及光束与z轴的夹角θ与调谐斜率的对应关系。仿真结果表明,随着θ值的增大,闲频光的峰值波长呈单调递增的趋势,调谐斜率呈单调递减的趋势,且I类相位匹配的调谐斜率普遍大于Ⅱ类。对于非临界相位匹配(NCPM)KTA-OPO,对其温度调谐性能进行理论和实验研究。实验结果表明,当温度从30℃升高到180℃时,在II类相位匹配的条件下,闲频光的峰值波长从3463nm移动到3474nm,调谐斜率为0.073nm/℃,理论上的调谐斜率为0.077nm/℃,实验与理论计算结果相符,说明非临界相位匹配KTA-OPO在不同温度下的中红外闲频光输出波长受到温度的影响小,环境适应性强。     

LD泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器实验研究

1.5 m LD泵浦铒玻璃被动调Q微型激光器是目前军事激光测距的研究热门,获得较高的激光单脉冲能量尤为重要。对以波长为940 nm的二极管激光器作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+:MgAl2O4作为调Q晶体的微型化激光器进行了实验研究。为获得LD抽运铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器的最佳能量输出条件,分析了影响LD泵浦被动调Q激光器输出单脉冲能量的因素,并对影响被动调Q微型激光器输出能量的泵浦条件,增益介质长度,输出镜反射率等参数进行了多组实验优化,最终获得了波长1.535 m,单脉冲能量113 J,脉宽6 ns,重复频率10 Hz,光束质量为1.2的稳定人眼安全激光输出。     

波长扫描锁模掺Er光纤激光器的实验研究

阐述了波长扫描锁模掺Er光纤激光器的工作机制,并进行了实验研究.用波长980nm的激光二极管作为泵浦源,在可调谐滤波器100 Hz的扫描频率下,得到了重复频率25 MHz,波长扫描范围1 527～1 534 nm的稳定脉冲序列.激光器以锁模运转的阈值泵浦功率为8.7 mW.当入纤泵浦功率为57.6 mW时,得到了平均功率为0.68 mW的脉冲输出.     

LD 脉冲泵浦被动调Q 窄脉冲大能量全固态激光器

利用Nd:YAG/Cr4+:YAG 键合微片激光晶体研制了被动调Q 大能量窄脉冲的全固态激光器,激光器采用脉冲激光二极管泵浦方式,设计了本振级和两级放大结构,分析了激光器系统的自激振荡和其抑制方法,在激光器本振级获得稳定脉冲激光输出的基础上,当两级放大器泵浦电流分别为83A 和85 A 时,获得了最大单脉冲输出能量为120 mJ,脉冲宽度为1.28 ns 的1 064 nm 激光输出,激光通过倍频后可得到65 mJ 的532 nm 绿光输出,其窄脉宽和高光束质量特性可为飞秒激光器啁啾放大提供良好的泵浦源。     

周期性极化掺镁铌酸锂晶体光参量振荡研究

为了实现高转化率3m红外激光光参量振荡输出,采用外加脉冲电场法在厚度为1mm、掺摩尔分数为0.05的镁铌酸锂晶体上成功制备了周期为31.2m的极化光栅,理论计算并模拟了1064nm激光抽运周期极化铌酸锂晶体时,闲频光波长随温度的对应关系,并进行了实验验证。利用1064nm声光调Q Nd:YAG激光器作为抽运源对样品进行了光学参量振荡实验,其中,脉冲激光脉宽为200ns,重复频率是20kHz。在控制温度为80℃、输入抽运光功率为5.567W时,光参量振荡输出波长3m的闲频光功率为1.141W,光光转换效率达到20.1%。结果表明,通过此方法制备的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡,具有较高的光光转换效率。     

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。     

利用多吸收峰降低全固态激光器温控功耗

半导体激光器（LD）的工作波长是随温度变化的,对LD进行温控是扩展全固态激光器（DPSSL）正常工作温度范围的常用方法,但常用的控温方法在-50~70℃的宽温区范围存在体积大、能耗高、效率低等问题。通过实验测试得到GaAs量子阱激光器的波长温度漂移系数为0.25 nm/℃,分析了Nd:YAG晶体吸收谱的多峰特性。提出采用高温时工作波长为808 nm的GaAs量子阱激光器作为泵浦源,利用Nd:YAG晶体的795.7 nm和808 nm的两个吸收峰,通过分段加热控温降低温控功耗的方案。实验结果显示:全固态激光器在两个吸收峰处得到的输出脉冲特性基本相同,在温度较低时,分段控温的加热功率减小了4.7 W,接近不分段最大加热功率的一半。     

紧凑型MgO:PPLN宽波段可调谐连续光参量振荡器

报道了基于掺MgO周期极化铌酸锂（MgO:PPLN）晶体的可调谐连续光参量振荡器。该光参量振荡激光器采用了多周期可调谐的MgO:PPLN作为非线性光学晶体,Nd:YVO4为激光晶体的紧凑型半导体激光端面抽运直线腔系统。实验中采用的MgO:PPLN晶体包含28.5~31.5 m之间的7个极化周期,相邻极化周期的间隔为0.5 m。通过调节7个极化周期实现信号光波长1.43~1.67 m和闲频光波长2.93~4.16 m的激光调谐输出。对同一温度下不同极化周期对应的输出波长进行理论计算,与实验结果符合较好。对比分析了输出功率随着不同极化周期和抽运功率的变化关系。当半导体激光入射抽运功率为15.4 W,在31 m极化周期和35℃的控制温度下,最高获得了2.94 W的1 595 nm信号光和1.45 W的3 190 nm闲频光,对应的光光转换效率达28.5%。     

低阈值宽调谐的内腔调QNd∶YVO_4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调QNd∶YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG)。PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384~1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns。在PPLN晶体温度为140℃,极化周期为29μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出。分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算。