激光二极管列阵抽运的高稳定Nd∶YLF环形激光器

成功研制了一台激光二极管列阵 (LDA)抽运的高稳定Nd∶YLF环形激光器。用输出激光强度负反馈控制谐振腔的增益 ,建立了准连续的～ 10 0 μs宽预激光状态 ,然后在此预激光基础上调Q。由于预激光模式与谐振腔固有模式一致并且具有一定强度 ,调Q脉冲的建立时间和幅度都很稳定。实验结果为 :输出调Q脉冲强度起伏不超过4 3% ,时间抖动小于± 4ns。     

调Q激光自锁模与脉冲峰值功率的输出不稳定性

从理论上解释了调Q钕玻璃,YAG激光器存在的模式自锁定现象所引起的调Q激光脉冲功率输出的不稳 定性。为了从根本上消除模式自锁定所引起的调Q激光脉冲波形的随机调制现象,实验采用预激光调Q与法布 里 珀罗(F P)标准具平板组合技术,获得了脉宽约为40ns,脉冲能量为85mJ的稳定调Q输出,其脉冲能量稳定度 和脉冲功率稳定度分别为±2%和±3%,激光输出的谱线宽度为6.9×10-4nm。单纵模输出几率达到89%。采 用上述方法,使自锁模式的调制现象得到有效地消除,从而使调Q激光器可以稳定地输出。     

高重复频率大能量单纵模主振荡激光器

研制了一台高重复频率电光调Q单纵模主振荡激光器。利用高速电子电路负反馈控制系统,在激光器谐振腔内引入一个随光强动态变化的损耗,建立了准连续的预激光状态,在此基础上进行电光调Q,加上谐振反射器的纵模选择作用,最终实现了稳定的单纵模输出。激光重复频率为1kHz,脉冲宽度为15ns,最高脉冲能量为2mJ,在30min时间内,单纵模几率达100%。激光器结构紧凑,系统简单可靠,已成功应用于激光振荡-放大系统的振荡器中。     

提高主动调Q激光器输出稳定性的新方法

在众多激光应用领域,如激光计量、惯性约束核聚变激光系统、激光医学等,都需要高稳定的激光光源.本课题组针对LD抽运的主动调Q激光器工作稳定问题,提出了光预抽运新方法.此方法简单易行,稳定效果好.本文阐述了光预抽运提高主动调Q激光器的机理和光预抽运控制方法及其实验结果. LD抽运的固体激光器噪声功率谱可分为三个区域.在低频区,噪声主要由抽运源的功率起伏引起;在中频区(对于Nd∶YAG,典型值为几百千赫),噪声主要由弛豫振荡引起,即使运用超稳定的抽运源,这一频率的噪声仍然存在.从数值计算结果可以看出,在实际固体激光系统中,由驰豫振荡引起的中频噪声超过低频噪声,占主导地位.在高频区,由于谐振腔的滤波作用,噪声谱按1/f2衰减,当大约到100 MHz时,噪声接近量子噪声限.所提出的光预抽运控制方法通过有效抑制中频噪声提高主动调Q激光输出稳定性, 光预抽运技术有效稳定调Q脉冲的初始反转粒子数和控制脉冲建立过程. 实验表明,采用光预抽运技术后,LD端面抽运的Nd∶YAG声光调Q激光器单脉冲能量稳定性提高约4%.脉宽稳定性提高约1%.在重复频率50 Hz时,获得了单脉冲能量为45 μJ的基横模激光输出,脉冲能量稳定性为±0.8%,声光调Q 脉冲半峰值宽度为19.36 ns,脉冲开关时间抖动约±255 ps.据我们所知,在无外功率反馈稳定措施系统中,此稳定性结果达到LD抽运声光调Q激光器的先进水平.(OC24)     

LD端面泵浦的1.57 μm内腔式OPO

1.57 μm波长激光为人眼安全波长激光。将KTP晶体置于一个由LD端面泵浦、声光调Q的Nd:YVO4晶体双凹谐振腔内，利用KTP表面镀膜建立了内腔式OPO，实现了重复率在5～40 kHz范围内1.57 μm脉冲激光的稳定输出。实验结果表明,激光的阈值将随声光调Q器重复率的增加而升高，重复率为5 kHz时得到最低阈值1.52 W。重复率为15 kHz、泵浦功率为3.7 W时,输出光平均功率为305 mW，脉冲宽度50 ns，峰值功率400 W。     

自种子注入电光调Q单纵模激光器

为了研制出一台稳定的电光调Q单纵模激光器,采用快速电路主动控制腔内损耗,建立了准连续的预激光作为自注入种子,在此基础上进行电光调Q,再配合谐振反射器的选模作用,获得了稳定的高重频、大能量电光调Q单纵模脉冲输出,重复频率200Hz,最大单脉冲能量1．5mJ,能量抖动小于±2％;并获得了激光通过标准具的干涉图样。结果表明,长时间（大于1h）观察,激光器单纵模几率达100％。预激光技术可以获得高重频、大能量单纵模脉冲输出。     

双调Q开关热退偏补偿全固态激光器

为了有效地补偿激光二极管(LD)侧向抽运1000 Hz重复率电光调QNd:YAG激光器棒状增益介质内存在的热致双折射损耗,设计了一种新颖的双调Q晶体开关复合谐振腔结构。实验结果表明,设计的双调Q晶体开关结构Nd:YAG激光器输出激光脉冲能量比单调Q晶体开关结构的非补偿腔输出能量提高了56％,当侧面抽运半导体激光器输出功率达到450 W时,激光输出达到30 mJ/pulse,输出光束偏振度优于10:1,激光脉冲宽度约14 ns。并获得6．7％的光一光转换效率。通过对双调Q开光激光谐振腔进行建模,并用求解速率方程对其特性进行理论分析,所得的计算结果与实验结果基本吻合。     

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。     

热退偏损耗完全补偿的千赫兹电光调Q Nd:YAG激光器

为了同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应,进一步提高重复频率1 kHz激光二极管(LD)侧向抽运高平均功率电光调QNd∶YAG激光器的输出功率,设计了一种完全消除热退偏损耗的双调Q开关谐振腔结构,此结构在传统调Q谐振腔的基础上沿着偏振片的退偏方向增加了一个调Q谐振支路,并使得激光从增益介质方向输出.实验结果表明,此激光器的单脉冲能量比单Q开关结构的非补偿腔输出能量高出74.7%.当侧面抽运的激光二极管输出脉冲能量达到307 mJ时,激光输出能量达到26.2 mJ,光-光转换效率为8.5%,光束发散角为1 mrad.     

LDA端泵浦电光调Q脉冲输出特性研究

利用晶体的电光效应制成脉冲式Q开关(PRM),实现谐振腔中反射镜的部分反射而形成激光振荡.激光介质为Nd:YAG,采用300W准连续LDA(激光二极管阵列)端面泵浦,表面加微柱透镜和透镜导管进行光耦合,传输效率75%,电光晶体为KDP,平-凹腔结构,腔内放置介质膜起偏器,腔长11cm,退压式调Q,设计了实用的退压调Q电路,Q开关后沿触发,改进了硅光电二极管弱光测量电路,输出脉冲被调制,输出脉宽11ns,光-光转换效率10.8%,输出单脉冲能量4mJ,对实验结果进行了分析讨论.     

折叠式准封离型CO2激光器的光学谐振腔设计

在千瓦级基模连续CO_2激光器谐振腔设计中,采用具有良好横模选择能力的准封离型多折腔方案,考虑到共振腔内负的气体热透镜效应,使模体积与激发体积形成良好匹配,谐振腔获得稳定的最大效益的功率输出。在此基础上采用机械斩光盘式调Q方案,调整谐振腔设计参数,补偿高功率激光窗口正的热透镜效应,获得了最大平均输出功率800W的以基模为主的CO_2调Q脉冲输出。     

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.     

定向棱镜改善内腔式光参量振荡器输出性能的研究

影响被动调Q内腔式光参量振荡器输出性能的主要因素包括谐振腔的失谐、被动调Q晶体本身存在的不稳定性及腔内泵浦光束的光强分布等。采用定向棱镜作为泵浦源谐振腔的全反射镜，实现了对谐振腔的加固设计、腔内增益的匀化及光束质量的改善。通过实验获得了输出能量11 mJ，能量稳定性8%，电光效率2.6‰，脉宽6.9 ns，发散角7 mrad的人眼安全激光。     

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。     

电光调Q双脉冲输出Nd:YAG全固态激光器

设计了激光二极管(LD)双端面抽运传导冷却复合Nd:YAG晶体电光调Q激光器,实现脉冲间隔可调的双Q脉冲输出。用两个光纤耦合输出的LD模块作为抽运源,偏硼酸钡(BBO)晶体作为Q开关,在一个抽运周期内两次启动Q开关,获得脉冲能量大于14mJ,脉宽小于等于18ns,脉冲间隔200～230μs可调的双Q脉冲输出,激光器重复频率50Hz,光-光转换效率达到24%。探索了用磷酸二氘钾(KD*P)调Q晶体开关实现稳定双脉冲输出的可行性,通过抑制压电环效应,消除子脉冲现象,最终获得脉冲能量约11mJ,脉宽小于等于18ns。     

声光调QCO_2激光器的理论计算和实验研究

采用谐振腔内插入声光调制器的方法进行了小型CO2激光器的调Q实验,并根据影响激光器输出的诸多因素,利用调Q脉冲激光器速率方程对该激光器输出的主要技术参数进行了理论计算,据此提出了声光调QCO2激光器优化设计的途径和方法。设计制成的声光调QCO2激光器获得峰值功率超过4000 W,激光脉冲宽度为180 ns,与理论计算基本一致。激光器脉冲重复频率调节范围1 Hz~100 kHz。理论分析和实验结果均证明,调Q晶体中超声场的渡越时间并不会影响输出激光的脉冲宽度,因此无需在腔内插入光学透镜进行光束直径的压缩变换;渡越时间的影响只是体现在延长了激光脉冲的建立时间上;激光器的最佳工作频率在1 kHz左右,这与CO2分子0001能级大约1 ms的辐射寿命相匹配,当频率超过1 kHz时,激光的脉冲宽度随着频率的增加而开始加宽。激光器通过光栅选线的设计方式实现了9.2~10.8μm的全波段波长调谐,测得激光输出谱线超过60条。     

非稳腔大功率绿光激光器的研究

为了提高激光的光束质量和提供准直的平行光束,为抽运钛宝石提供优良的大功率的绿光抽运源,对激光二极管侧面抽运Nd:YAG声光调Q腔内倍频固体激光器进行了研究.实验中采用凸平直线非稳腔,将凸面镜和增益介质热透镜效应等效为望远镜系统进行分析.由实验可知,凸平非稳腔具有较大模体积、良好的稳定性等优点;利用二类相位匹配的磷酸钛氧钾晶体进行腔内倍频,当抽运功率为200W时,获得脉宽109ns、重复频率9.3kHz、发散角小于2mrad的42W绿光输出,光光转换效率达到21%,24h长时间的工作,不稳定性小于2%.结果表明,利用非稳腔腔型,在侧面抽运的模块中可以实现高效的大功率绿光输出.     

高功率脉冲激光器抗失调谐振腔的研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光器特别是高功率脉冲激光器的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内外圆锥面组合反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了新型激光谐振腔的单脉冲输出能量和直角内外圆锥面组合反射镜失调角的关系以及新型腔激光器在全反镜失调时输出光斑的改变,并和平凹稳定腔脉冲CO2激光器进行了比较。实验结果表明,若两种激光器的全反镜失调角相同,组合锥面全反镜谐振腔激光器的单脉冲输出能量降低的程度不到平凹腔激光器的50%。在组合锥面全反镜失调角达到6′时,新型激光谐振腔激光器输出光斑形状没有明显变化。新型激光谐振腔的抗失调稳定性远超过平凹稳定腔。     

一种激光折叠腔稳定性分析及设计的新方法

为了对激光谐振腔进行优化设计,运用光学传输矩阵理论,借助V型折叠腔激光器的等效简化模型对该激光腔的稳定性进行了研究.分析了腔长、折叠镜焦距、反射镜曲率半径与系统稳定性的关系,得到以失调量为参数的稳区临界曲线方程,实现了三镜折叠腔型CO2斩光盘式调Q脉冲输出激光器的设计.分析结果表明,对于子腔预先给定的参量,只要另一子腔满足适当的失调量,整个谐振腔就是稳定的.任一子腔内有二个稳定区而非以往研究者提出的一个稳定区,可根据需要选取最佳的稳定点.采用失调量而非g因子作为参数,直接给出稳定区范围和失调误差,使用性好.