水热法KTP在355nm紫外激光器中的应用研究

使用水热法KTP晶体实现了355nm紫外激光输出。实验中采用声光调Q技术,选用模体值大的V形谐振腔结构,对激光二极管(LD)侧抽运Nd…YAG模块产生的基波,分别利用水热法KTP晶体二倍频、LBO晶体三倍频,获得了高功率、高光束质量的355nm紫外激光输出。当抽运功率为93.09W,重复频率为4.9kHz时,获得4.133W的紫外355nm激光输出,光-光转换效率为4.44%。     

Yb:YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量

为了提高二极管抽运Yb:YAG/YAG复合板条激光器的输出光束质量,研究了复合板条内的热透镜效应,分析了复合板条在宽度和厚度方向的热透镜焦距,以及热透镜对谐振腔模式的影响,设计了混合谐振腔,并对该谐振腔输出光束质量进行了分析。采用角抽运复合板条方法,实现了千瓦级Yb:YAG/YAG复合板条激光器连续运转。采用CCD照相法测量了输出激光的光束质量,在500W连续输出时,光束质量M2因子在板条宽度方向和厚度方向分别优于20和5。实验结果表明,在复合板条激光器中可以采用混合谐振腔获得较好光束质量的激光输出。     

Yb∶YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量

为了提高二极管抽运Yb∶YAG/YAG复合板条激光器的输出光束质量,研究了复合板条内的热透镜效应,分析了复合板条在宽度和厚度方向的热透镜焦距,以及热透镜对谐振腔模式的影响,设计了混合谐振腔,并对该谐振腔输出光束质量进行了分析.采用角抽运复合板条方法,实现了千瓦级Yb∶YAG/YAG复合板条激光器连续运转.采用CCD照相法测量了输出激光的光束质量,在500W连续输出时,光束质量M2因子在板条宽度方向和厚度方向分别优于20和5.实验结果表明,在复合板条激光器中可以采用混合谐振腔获得较好光束质量的激光输出.     

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。     

高功率高光束质量双棒串接脉冲Nd:YAG激光器

为获得用于工业应用的高功率、高光束质量脉冲激光输出。理论分析了谐振腔结构,设计出双棒串接、双氙灯泵浦的平行平面腔脉冲Nd∶YAG激光器,使用像传递系统和90°偏振旋转器有效补偿热致双折射效应,激光器稳定工作在基模动力学稳定区边界时,实现了平均功率971 W、光束参数积11.43 mm.mrad的激光输出,与理论分析相符。     

用于355nm紫外光源的腔外倍频全固态激光器

为保证高输出功率前提下获得高光束质量的1064和532 nm激光共向输出,实验中,首先采用主振荡功率放大器系统有效地控制基频光束质量,获得平均功率为70 W、重复频率为10 kHz、脉宽为60 ns和光束质量因子M2约为3.9的1064 nm基频激光;接着利用二级放大器,获得平均功率为182.9 W,脉宽为80 ns的...     

LD抽运Nd:YAG/Nd:YVO4腔内和频500.9nm激光器

报道了一种采用复合腔进行腔内和频的500.9nm激光器。激光器由两个子谐振腔组成。在两个子谐振腔中,分别利用两个激光二极管抽运Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体,并分别选择946nm波长与1064nm波长振荡进行和频。采用双端复合Nd:YAG晶体以减小高功率下激光晶体的热透镜效应,并结合热效应对高功率抽运下谐振腔进行优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式匹配。在两个子腔的交叠部分,利用KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配进行腔内和频,得到和频激光输出。当Nd:YAG与Nd:YVO4晶体上抽运功率分别为10.6 W和17.8 W时,获得了730mW的500.9nm青绿光激光输出,光-光转换效率为2.6%。实验结果和分析表明,利用复合腔和频是获得500.9nm激光输出的有效方法。     

用于连续高功率YAG激光器的高斯镜稳定腔的设计

本文通过对高斯镜热透镜稳定腔(GRMSR)内光束特征的分析,提出了设计该类激光谐振腔的一般原则,并设计了平平腔型高斯镜稳定腔。实验结果与理论分析相符,并得到高输出功率、高光束质量的连续YAG激光输出。     

热近非稳腔高重频双波长复合输出激光器研究

1064 nm/532 nm双波长固态激光器在多个领域应用广泛。针对目前该类激光器分光路可切换输出研究较多,而复合输出研究缺乏的现状,通过建立含热透镜的等价谐振腔模型,结合谐振腔稳定性和“热近非稳谐振腔”理论确定了最佳腔长,利用软件仿真分析了倍频晶体的长度、输出镜基频透过率、调Q频率的大小对复合输出的影响,根据双路激光干扰的实际需求,确定了最佳复合输出参数,从而完成了一台1064 nm/532 nm高重频双波长复合输出激光器的设计。实验表明,KTP晶体长度选为12 mm,输出镜基频透过率选为15%,调Q频率选为50 kHz时,在最大泵浦功率下,基频光输出的平均功率为28.82 W,倍频光的输出的平均功率为2.23 W。测量得到的激光近场发散角与光斑半径的乘积近似等于同样位置处基模高斯光束发散角与光斑半径的乘积,这说明所设计的激光器在最大泵浦功率条件下是以近似基模的方式运转,具有较好的光束质量。     

高功率全固态红绿蓝激光器研究

高功率全固态红、绿、蓝激光器在国防、信息、医疗和科研等领域有着极为广阔的应用前景。然而，同时获得高功率、高光束质量的全固态激光输出是激光研究领域的难点。我们理论分析与实验结合，深入研究了高平均功率、高光束质量全固态激光产生和非线性频率变换中的若干关键技术，包括热效应补偿技术与光束质量改善技术、高效率倍频与和频技术，研制成功了高功率高光束质量全固态红、绿、蓝激光器，输出功率分别为：669nm红光28W、532nm绿光218W和440nm蓝光7．6W。相关激光器已经作为三基色光源用于大屏幕全色激光显示，及高功率参量振荡器的泵浦光源等。     

LD侧面抽运全固态Nd:YAG紫外激光器的研究

为了使侧面抽运全固态355nm紫外激光器输出高质量光束的紫外激光,采用腔内光束传输矩阵模拟的方法,进行了谐振腔优化和腔内倍频和频结构设计。通过理论分析和实验验证,取得了输入电功率为280W、声光调制频率为40kHz时,355nm紫外激光的输出功率为10.58W、激光脉冲宽度20ns、光束质量因子M2=1.3的数据。结果表明,侧面抽运腔内倍频与和频可实现近基模高功率紫外激光的输出。这一结果对紫外激光器的工程化有一定指导意义。     

带变反射率耦合输出镜的连续高功率Nd：YAG激光器的研究

分析了具有变反射率耦合输出镜（ＶＲＭ）的热透镜谐振腔的光束传输特征，研究了ＶＲＭ的耦合输出及对高功率固体激光光束的选模作用，实验结果验证了理论分析并得到连续波１８０Ｗ，光束参数乘积（远场发散角半角×近场光束半径）为６．２５ｍｍ·ｍｒａｄ的高亮度激光输出。     

激光二极管泵浦高功率Nd：YAG紫外激光器

对半导体侧面泵浦Nd:YAG准连续高功率紫外激光器进行实验研究,首次采用新颖谐振腔型对基波进行非线性转换获得稳定的355nm紫外激光输出.在主谐振腔中,3列相互呈120°放置的激光二极管线阵对中心处直径3mm的Nd:YAG晶体棒进行连续泵浦,实现了1064nm基频光稳定振荡;在子腔中,使用对基频光双程倍频双程和频的方法提高转换效率,实现了高功率准连续355nm紫外激光单向稳定输出;实验使用角度调谐的Ⅰ类相位匹配LB0晶体与Ⅱ类相位匹配LBO晶体,当调制频率5.4kHz时,355nm紫外激光最高平均输出功率1.89W,脉冲宽度小于65ns,1h内输出功率抖动低于7%.     

基于半导体激光合束技术的高效点火光源研究

随着半导体激光技术的快速发展,以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究,设计出一种单光纤双波长输出的光学结构,将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105μm,数值孔径(NA)为0.22的光纤中,获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 m W的1310 nm检测激光,其中高功率点火激光的耦合效率超过90%;通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形,与自由输出光束相比,整形后出射光斑发散角减小了,入射到点火药剂上的光功率密度增大了,点火效率提高了。实验结果表明,所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检,满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。     

五边形板条的优化设计及其热效应分析

对最新提出的五边形板条激光介质进行了几何光学分析,提出了优化其几何参数以提高入射光束截面宽度,尽可能充分提取增益的方法,发现五五边形板条要求介质对抽运光的吸收系数不低于某一阈值.采用有限元分析对热效应造成的波前畸变进行了分析,结果表明五边形板条在厚度及宽度方向均存在严重的热透镜效应,且无法用补偿透镜进行消除,因此,难以在高功率条件下获得高光束质量激光输出.     

基于300μm微片激光器生成涡旋空心光束的研究

为了探究涡旋空心光束在端面抽运Nd∶YVO₄微片激光器中的生成条件及其变化因素,构建了一种基于轴棱锥-透镜组生成环形抽运光的新方法。采用ZEMAX对抽运光进行了仿真分析,并基于热效应分析进行了模式匹配计算,通过实验成功得到了环形抽运光和环形空心激光输出,并通过实验验证了输出光为1阶涡旋光。结果表明,该方法能够生成光束大小可控的808nm抽运光,其光斑半径可随轴棱锥锥顶与透镜焦平面的相对位置快速变化;并且该抽运光能够使谐振腔长度为300μm的微片激光器输出稳定的1064nm 1阶拉盖尔-高斯涡旋空心光束。此研究结果对于微片激光器输出涡旋空心光束的实际方法的建立具有重要的指导意义。     

全固态复合式内腔和频500.8 nm连续波青光激光器

报道了一台全固态连续波500.8 nm青光激光器.实验中采用复合式谐振腔结构,用两个激光二极管阵列(LDA)经过光纤耦合分别单独端面抽运两块Nd:YAG晶体,青色激光由两块Nd:YAG品体的1064 nm和946 nm谱线非线性和频产生.在两个子谐振腔的交叠区域利用LBO Ⅰ类临界相位匹配进行腔内和频,通过谐振腔优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式与增益匹配.当注人到两块Nd:YAG晶体的抽运功率分别为12 W和8 W时,获得223 mW的TEM00模连续波500.8 nm青色激光输出,水平和乖直方向的光束质量M2因子约为1.2.实验结果表明,采用复合式腔结构和频是获取高功率500.8 nm青色激光输出的有效方法.     

164W LD侧抽运准连续Nd:YAG/HGTR-KTP高功率绿光激光器

为了研究百瓦级高光束质量绿光激光器,采用激光二极管侧面抽运双棒串接、双声光调Q的方法,依据光束传输矩阵,分析比较了V型折叠腔内分别置入单、双激光晶体时,其热透镜效应对谐振腔稳定性、折叠臂内光场分布以及倍频晶体处子午光斑和弧矢光斑大小的影响,倍频晶体选用具有抗灰迹特性的Ⅱ类临界相位匹配KTP晶体。当总抽运功率为1200W、重复频率为27.2kHz时,得到了脉冲宽度为130ns的164W准连续绿光输出,光光转换效率为13.7%,光束质量因子Mx2=10.46,My2=10.59。结果表明,使用双棒串接、双声光调QV型腔结构,可以获得百瓦级高功率、高光束质量532nm绿光输出。     

输出功率为21.5W的单端抽运Nd:YVO4/LBO单频激光器

采用中心波长为888nm的激光二极管作为抽运源,减轻了Nd:YVO4晶体中的热效应。通过合理的谐振腔设计,扩大激光晶体处的基模尺寸和振荡光在凹面腔镜处的入射角,减轻了激光晶体内部的热效应和谐振腔像散,提高了激光器的输出功率。采用四镜环形腔选模的办法,获得稳定的高功率单频激光输出。在吸收的抽运功率为67.5W时,实现了最高功率为21.5W的532nm单频激光输出,其8h功率稳定性优于±1%,光束质量M2<1.1,光-光转换效率为31.9%。     

164W LD侧抽运准连续Nd:YAG/HGTR-KTP高功率绿光激光器

为了研究百瓦级高光束质量绿光激光器,采用激光二极管侧面抽运双棒串接、双声光调Q的方法,依据光束传输矩阵,分析比较了V 型折叠腔内分别置入单、双激光晶体时,其热透镜效应对谐振腔稳定性、折叠臂内光场分布以及倍频晶体处子午光斑和弧矢光斑大小的影响,倍频晶体选用具有抗灰迹特性的Ⅱ类临界相位匹配KTP晶体.当总抽运功率为1200W、重复频率为27.2kHz时,得到了脉冲宽度为130ns的164W准连续绿光输出,光光转换效率为13.7%,光束质量因子M2x＝10.46,M2y＝10.59.结果表明,使用双棒串接、双声光调Q V型腔结构,可以获得百瓦级高功率、高光束质量532nm绿光输出.