5kW Nd:YAG端面抽运板条激光器及其光束质量提升

理论分析了影响二极管端面抽运Nd:YAG板条激光放大器放大效率的因素,设计了主振荡功率放大板条连续激光器。使用1064nm窄线宽光纤激光器作为种子源,采用两个Nd:YAG板条激光放大器先串接再双程放大的技术路线。两个Nd:YAG板条激光放大器的尺寸结构完全相同,Nd:YAG板条的尺寸均为150.2 mm×2.5mm×30mm,每个板条都是半导体激光器阵列双端抽运。放大器抽运源总功率为21.6kW时,实现了5.4kW连续激光的输出,光-光转换效率为24.8%,光束质量β为3.5。在输出光路位置使用狭缝空间滤波器,光束质量β可以提升到2.5。     

连续运转Yb:YAG板条激光器的双波长放大特性

报道了一种室温条件下工作的高功率激光二极管(LD)端面抽运Yb:YAG板条双波长激光放大器,稳定的双波长运转在1029.6,1031.5nm。基于Yb:YAG宽带荧光特性,建立了双波长放大模型,通过数值模拟研究了不同抽运条件下激光光谱放大输出特性。通过940nm激光二极管双端抽运Yb:YAG晶体,拥有双波长光谱的种子光从晶体一端注入并进行放大。实验结果表明,在1.18kW注入时获得了6.56kW的双波长连续激光输出,与数值模拟结果相吻合。双波长激光放大理论和实验研究为进一步实现高功率光谱合成等应用奠定了基础。     

非临界相位匹配的人眼安全KTP光参量振荡器

报道了一台电光调Q,Nd∶YAG激光器泵浦的KTP脉冲光参量振荡器(OPO),获得了高单脉冲能量的人眼安全激光输出。KTP晶体按非临界相位匹配θ=90°和φ=0°进行切割,在Ⅱ类相位匹配(o→o+e)下,1.064μm的泵浦激光转换为人眼安全的1.57μm激光。KTP晶体的尺寸为10 mm×10 mm×20 mm,OPO谐振腔采用信号光单谐振的外腔结构,当二极管泵浦的Nd∶YAG激光器输出的1.064μm激光单脉冲能量为350 mJ,重复频率为10 Hz时,获得了单脉冲能量117 mJ的1.57μm激光输出,转换效率约为33.4%。     

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。     

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。     

热容激光器冷却过程的热力学数值模拟

为了研究热容激光器冷却过程中激光介质的热力学特性,建立了激光介质热力学理论模型.该模型将介质表面的换热作为瞬态导热微分方程的热源,得到冷却过程中热传导模型.获得了激光介质在冷却过程中的瞬态温度场,进一步得到介质的热应力.利用数值模拟,得到了YAG介质和GGG介质在不同冷却条件下的冷却时间、温差和热应力.表面换热系数从0.1 W?cm-2?K-1增加到0.5 W?cm-2?K-1,冷却时间明显缩短;表面换热系数从0.5 W?cm-2?K-1增加到1 W?cm-2?K-1,冷却时间缩短不明显.对于相同体积、相同初始温度场的YAG介质和GGG介质,YAG介质的冷却时间少于GGG介质的冷却时间.在相同冷却条件下,YAG介质的温差小于GGG介质的温差,YAG介质的最大等效应力小于GGG介质的最大等效应力.