双端面抽运Nd:YVO_4激光器的理论和实验研究

基于传输矩阵理论,针对双端面抽运的"Z"型折叠腔Nd∶YVO_4 激光器的谐振腔设计进行了数值模拟,着重分析和比较了不同腔型稳定性的变化情况."Z"型折叠腔中关于臂长的选择对于稳定性影响较大,平凹腔在较低的泵浦功率范围更加稳定,双凹腔的稳区范围较小,但是却更适合在高泵浦功率下工作.分别采用平-凹和双凹腔型对Nd∶YVO_4的1 064 nm连续激光进行了研究,在相同腔长不同腔型下分别获得了稳定的1 064 nm高功率激光输出,谐振腔稳区范围和输出功率变化规律与理论计算吻合.     

关于平凹腔的最佳设计

平凹腔是使用最广泛的一类激光谐振腔。它具有结构简单,损耗低,易于调整等一系列优点。本文在理论分析的基础上,提出了平凹腔的最佳设计方案,这样的设计方案可以达到稳定输出功率,稳定光束方向,压缩发散角的效果。     

连续Nd:YAG激光器输出功率曲线双峰结构的理论与实验研究

本文分析了内含热透镜平行凹谐振腔的性质在运动中的变化,以屈光度划分了稳区及非稳区,并根据稳区分布的对称性及稳腔的性质,分析了腔的损耗随泵浦功率的变化分析,进而对连续平行平凹腔的Ｎｄ：ＹＡＧ激光器的输出功率特性作了详细分析,实验观测到了输出功率曲线的双峰结构,且测得的实验结果与我们的理论分析相一致。     

稳定大功率单频输出He-Ne激光器的新进展

继文献[1～3]之后,为了提高输出功率,并消除放电毛细管不规则带来的腔损耗,作者研磨了放电毛细管的内壁,将输出功率进一步提高到24mW。此时激光器的主要结构参数为:腔长1140mm,放电管长1m,放电管内径2.48mm;采用平凹腔结构,凹面曲率半径为4m,     

LD端面泵浦Yb:YAG/LBO 525nm绿光激光器

报道了一种激光二极管(LD)端面泵浦10at%掺杂Yb:YAG薄片激光晶体(φ4mm×1mm)、Ⅰ类临界相位匹配LBO、腔内倍频525nm全固态绿光激光器.采用平凹腔结构,在LD泵浦功率为1.43W时,获得了最高功率为22.3mW的525nm的基模连续激光输出,光-光转换效率为1.5%,光斑椭圆度为0.99.腔内倍频激光器的倍频光输出功率受腔内基频光光子数密度等的影响,最后也对此作了讨论.     

半导体侧面抽运板条激光器光束质量优化

为了优化高功率板条激光器的光束质量, 采用提高单侧基模光束的尺寸来限制腔内部分高阶模式振荡的方法, 针对半导体侧面抽运板条激光器, 测量了激光器在抽运状态下水平和竖直方向热焦距, 建立了热透镜等效模型, 并以平-平腔为参考, 设计了水平和竖直方向单侧基模尺寸均会扩大的平-凹腔。验证了对于激光介质截面尺寸固定的板条激光器, 扩大单侧基模尺寸可以限制高阶模式从而优化光束质量, 并提出了进一步优化板条激光器性能的研究方法。结果表明, 当平-凹腔的腔长为370mm时, 输出功率为59.9W, 水平方向M2因子由平-平腔的115.6显著优化至32.9, 竖直方向M2因子由116.4显著优化为60.9。该研究对于板条激光器获得高质量输出及相关应用有实际意义。     

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端泵固体激光器谐振腔的选择

运用传播圆-变换圆的理论对LD端泵固体激光器常用的三种谐振腔（平平谐振腔、左凹右平谐振腔、左平右凹谐振腔）和左凸右平谐振腔的腔型结构及相关结构参数对激光器输出功率与模式特性的影响做出了系统的分析。得出腔长较短的谐振腔激光输出功率较大而且可有稳定的TM00输出，以及左凹右平谐振腔和左凸右平谐振腔具有光学镇定器的作用。用平平谐振腔固体激光器所做的实验结果与用传播圆-变换圆的分析结论相符。对今后如何获取激光器优化输出特性有一定的意义。     

内置透镜平平腔自调Q激光器的特性研究

文章在Cr4 + ∶Nd3 + ∶YAG自调Q激光器中,实验验证了内置透镜平平腔组成的等效腔具有比普通平凹腔更高的稳定性,并给出相应理论解释;实验中还观察到在泵浦功率增加时,输出功率、重复频率呈现极值特性和单脉冲能量增加近两倍等特殊实验现象。本文通过理论分析指出,引起基模光束半径和泵浦速率的动态变化主要影响因素是晶体内热透镜效应,且可通过调节腔长、内置透镜的位置等方式改变输出激光的重频、能量特性。这说明在自调Q激光器方面,内置透镜平平腔比普通平凹腔具有更大的设计灵活性。     

高功率横流CO2激光器新型激光谐振腔实验研究

在高功率横流CO2激光器上设计了一种新型激光谐振腔(平-锥腔),实验研究了其输出光束特性,并与平-凹腔的输出特性进行了比较.结果表明:在腔长3m,输出镜光阑直径φ30mm时,平-锥腔的输出光束模式为TEM30模,平-凹腔与平-锥腔的输出光束发散角分别为2.6mrad、2.1mrad,当输出镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为16%、8%,当反射镜失调1.4′时,光斑缺失率分别为20%、5%,因此平-锥腔具有较高的抗失调稳定性,而且锥面全反镜的抗失调性能优于凹面全反镜.     

双棒串接补偿热致双折射效应激光谐振腔

固体激光器中的热致双折射效应严重地限制了基模输出功率的提高,为了获得大功率高质量的激光输出,需要对热致双折射效应进行补偿.在理论上对双棒在腔内串接补偿热致双折射效应的条件进行了改进,通过设计合理的腔结构和腔内元器件,应用4f成像系统空间滤波器并考虑石英旋光器的厚度,使得腔内光束的退偏率降至2.5%以下.使用矩阵光学的方法简化了对含有这样一个复杂光学系统的谐振腔稳定性和腔内光束半径等特性的分析.通过在腔内加入一个正透镜来扩大基模体积,实验中在双氪灯连续抽运Nd∶YAG激光器中得到了61 W线性偏振的激光基模输出,表明在大基模体积谐振腔的设计中,双折射效应的补偿十分必要.     

Anomalous Stability Zones of a Ring Cavity Ti: sapphire Laser

ＡｎｏｍａｌｏｕｓＳｔａｂｉｌｉｔｙＺｏｎｅｓｏｆａＲｉｎｇＣａｖｉｔｙＴｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅＬａｓｅｒＺｈａｎｇＧｕｉｚｈｏｎｇＸｉａｎｇＷａｎｇｈｕａＨｕａｎｇＹｏｎｇｔｉｅ（ＣｏｌｅｇｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄＯｐｔｏｅ...     

一种新型的热稳腔

一种新型的热稳腔,由半导体激光泵浦源、全反射镜、固体激光介质、x向位置可移动的补偿透镜、输出镜及x向移动控制装置组成.在激光谐振腔内放置一x向位置可根据激光输出功率的变化而移动的补偿透镜,从而在大功率激光输出时消除腔内的热透镜效应,形成一热稳定腔.该热稳定腔可应用于大功率半导体泵浦固体激光器,有效消除腔内的热透镜效应,在激光大功率输出时保证激光器性能稳定可靠.     

LD泵浦固体激光器热透镜效应及优化设计的分析

LD泵浦固体激光器出现使激光器得到飞速发展,但是其在大功率运行时所表现出的强烈的热透镜效应,严重影响了激光器的稳定性和输出光的模式、光束质量.介绍了几种热透镜焦距fT和光束质量M2因子的估算公式,分析了热透镜改善的几种腔型设计.     

双端抽运双Nd:YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器。通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔。在双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%。结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性。     

LD抽运Nd:YVO41.34μm激光器及其热效应研究

研究了激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4连续波1.34 μm激光器在不同腔长时的输出特性,通过计算晶体中的振荡光光斑大小随泵浦功率的变化,分析了1.34 μm激光输出的热透镜效应对腔稳定性和激光输出特性的影响,为1.34 μm激光谐振腔的优化设计提供了基本的理论依据.实验中采用简单的平-凹腔结构,泵浦功率为7.56 W时,得到2.39 W的连续波1.34 μm激光输出,最大斜效率为36.5%,光-光转换效率为31.7%.     

浅析元件参数对外腔半导体激光器输出谱宽影响

半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）需大功率窄线宽泵浦源,但市售半导体激光器输出线宽远远大于碱金属原子吸收谱宽,难以实现有效泵浦,因此需采用Littrow 外腔法压窄半导体激光器输出谱宽。Littrow 外腔系统中元件参数的选择直接影响大功率半导体激光器输出谱宽。为此文中沿入射光线方向构建外腔压窄模型,利用球面镜替代柱面镜,分析了微柱透镜阵列、光学系统和光栅元件对外腔输出谱宽的影响,模拟结果为微柱透镜阵列焦距越小、光栅刻线越密、球面镜焦距越大,外腔输出谱宽越窄,实验结果符合理论模型。     

梯度补偿法控温晶体的高功率绿光激光器

研究了平均功率超过30W的稳定高效全固态绿光激光器,分析得出影响全固态腔内倍频激光器倍频效率和输出稳定性的主要因素是倍频晶体局部温升造成的相位失配和热透镜效应,采用温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,降低激光器工作中倍频晶体内外温度梯度从而有效地克服因晶体局部温升造成的倍频相位匹配角失配和热透镜效应。采用三条60W的半导体激光二极管阵列板条侧面抽运Nd:YAG激光增益介质棒,采用声光调Q,平凹直腔和腔内倍频结构配合温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,得到了稳定高效的532nm绿光输出。在抽运电流25A,抽运功率174.6W时,得到了脉冲宽度110ns,重复频率10kHz,输出平均功率31.6W稳定高效的绿光输出,光-光转换效率为18.1%,功率稳定性为±0.66%,绿光输出光束质量因子M2=4.3。     

基于V型谐振腔的热稳定性分析

为了提高V型谐振腔的热稳定性,采用了图解分析法,将V型折叠腔等效为腔内含有一个透镜的共轴球面腔。同时考虑到晶体热透镜效应,结合多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将等效后腔内含透镜组的多元件球面腔近似等价为腔内不含透镜的共轴球面空腔。对V型腔等价后的共轴球面空腔的稳定性进行了理论计算和仿真分析。结果表明,当总腔长为75mm、折叠角为0.15π左右时,谐振腔具有最宽的热稳定范围;此时若增益介质与折叠镜的间距为28mm,则谐振腔能适应的最小热透镜焦距可达12mm。这一结果体现了谐振腔关键参量对热稳定性的重要影响,对激光腔型稳定性的优化设计具有一定的指导意义。     

全固态单模Nd:YAG激光器输出特性优化的实验研究

为了实现高功率全固态激光器的高输出光束质量,使用1mm直径Nd:YAG激光棒和单一二极管激光模块侧面抽运的简单激光腔设计来实现功率高于10W、光束质量接近衍射极限的TEM00模输出。通过使用小口径激光棒抑制高阶横模振荡、曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应和实验优化后反镜的曲率半径、负透镜的焦距以及激光腔腔长等结构参数使激光器输出功率和光束圆率同时达到最大,实现了平均功率10.8W、脉冲宽度15ns、光斑圆率98.8%±0.8%、M2值为1.1的近衍射极限光束输出。结果表明,通过使用小口径激光棒提高激光器输出光束质量工程上可行。