Nd：YAG激光器非稳腔设计与性能研究

研究了Ｎｄ：ＹＡＧ固体激光器虚共焦望远镜型非稳腔的设计方法，对固体激光器特有的热透镜效应及工作物质折射率对腔长的影响做了分析，并对该腔型的输出模式、发散角、输出能量密度及脉冲宽度等主要性能参数做了实验研究。     

虚共焦非稳腔的设计

由于虚共焦非稳腔的腔长,输出耦合率,腔镜曲率半径,工作物质直径,放大率等参数的相互依赖关系,因此非稳腔的设计是比较复杂的。本文主要叙述一种类似图解的方法,使设计简化,并且直观,避免了设计中的盲目性。设计者可根据自己不同的要求,在图上进行反复比较,求得一套合适的非稳腔参数。其次对平行平面腔与非稳腔的光束质量进行了比较实验。     

太阳光直接抽运激光器系统及计算机模拟优化

为了实现太阳光向激光的转化,设计并搭建了采用两级汇聚系统的实验系统。用菲涅耳透镜作为第1级汇聚系统,以漫反射锥型腔作为第2级汇聚系统,采用Nd:YAG作为工作物质。在太阳光的入射功率密度大约为950W/m2时,实验最高可得到13.3W的功率输出。用LASCAD软件对谐振腔进行模拟,得到了晶体棒工作时的温度分布和折射率分布;通过改变参量,对系统进行优化,得到了输出功率随腔长和输出镜反射率的变化规律,找到了最佳腔长为142mm,最佳输出镜反射率为91%。结果表明,通过调整腔长和输出镜反射率的大小,找到最佳值,可有效地提高太阳光直接抽运激光器的输出功率。     

利用偏振抽取技术改善泵浦光束质量

偏振抽取腔是使行波放大器和振荡器共用一个激光工作物质的结构形式，它充分利用工作物质的储能，提高激光器的效率，既可以获得高功率，又可以实现结构紧凑的小型化激光器高效偏振输出．一般的偏振抽取腔只是采用普通的全反镜，难于实现高光束质量的输出．采用SBS-MOPA系统获得的输出光泵浦光参量振荡器(OPO)时，     

单纵模固体激光器的物理设计和实验研究

分析了单纵模固体激光振荡器的物理特性,设计了预激光调Q、高重复率工作方式的振荡器,实验上获得了100%的长时间的高功率单纵模激光输出,具有广泛的应用前途。 固体器件要工作在单纵模状态,远比气体器件困难,所遇到的物理问题和技术问题十分复杂。固体器件的工作物质荧光线宽很宽,能级寿命长,腔内存在驻波烧孔效应,又没有稳定频率输出的参考点。我们对这些主要物理问题进行了分析,设计了合理的物理参数,采用了合适的元件,得到了长时间的100%单纵模激光输出。     

内源形似非稳腔

在高功率固体激光器件中,我们可以用腔损耗较大的非稳腔来获得高光束质量的大模体积的TEM_(00)模输出,但在中小功率的器件中,增益与损耗的矛盾突出。本文从理论与实验出发分析了用内源形似非稳腔可以解决这个矛盾,获得大模体积的TEM_(00)模输出。 所谓内源形似非稳腔,是一种随工作物质热效     

S波段2.5MW宽频带大功率速调管的研制

本文讨论了大功率、高增益、宽频带大功率速调管的设计和制造,还采用小信号增益和大信号效率计算程序,对宽频带速调管的群聚段进行了设计。当小信号增益大于50dB时,7腔速调管的群聚频宽宽于10％,8腔速调管的群聚频宽可达1015％ 给出了两类宽频带输出电路,即滤波器型输出电路和重叠模双间隙腔输出电路的设计方法和测试结果,结果表明:前一种输出电路的频宽可达7.510％,后一种输出电路的频宽可达1015％。 研制了两种类型速调管,采用滤波器型输出段的速调管的性能达到:1dB等激励频宽为7.5％,效率为38％,饱和增益大于43dB,输出功率大于2.5MW。采用双间隙腔输出段的速调管的1dB等激励频宽迟10％,工作稳定。     

宽带相对论速调管放大器输出腔模拟设计

为了展宽相对论速调管放大器的输出段带宽,设计了一种用于S 波段、10%带宽、相对论速调管放大器输出腔 结构。该结构采用重叠模双间隙腔,该腔有两个工作模式（0 模和π 模）。采用三维程序模拟分析发现：两个腔间的圆盘 半径增大时,0 模的谐频率几乎不变,π 模的谐振频率升高即模式间隔增大;当间隙长度增大时,模式间隔减小;当输出 耦合孔的角度在一定范围内由小变大时,模式间隔增大;输出腔半径增大时, 模式间隔减小。本文通过调节以上腔体尺寸 使两个工作模式的频率部分重合增加了输出腔的工作带宽。在束压850kV、束流7.6kA、基波调制深度为90%时、调制微 波频率为2.85GHz 时,采用三维PIC 程序模拟得到2GW 的输出微波功率,3dB 相对带宽约10%。     

激光打孔用凹凸热稳腔

本文介绍凹凸热稳腔的设计方法。对几种较为实用的凹凸热稳腔进行了实验研究。对长脉冲静态工作,在保证激光效率接近1％的条件下,可将输出光束角压缩到1毫弧度以下。比一般常用的平凹腔的输出光束角减小了5～10倍。     

Er3+:Yb3+共掺磷酸盐玻璃激光器输出特性研究

Er3+:Yb3+共掺磷酸盐玻璃激光器能发射1.54μm附近的激光,这种激光器广泛应用于光通信、激光雷达和人眼安全激光测距等方面。文章以输出波长为975nm的半导体激光器为泵浦源,采用Er3+:Yb3+共掺磷酸盐玻璃为工作物质,成功地实现了平平腔、平凹腔常温下连续输出TEM00模的1.54μm激光。实验结果表明:随着谐振腔腔长的增加,输出激光能量减小,而阈值功率增大。最后采用弯月型输出镜改善光束质量,获得了最大功率为30mW的1.54μm信号光输出。     

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。     

The output beam quality of a Q-switched Nd:glass slablaser

The authors have constructed and tested a flashlamp pumped, Q -switched, Nd:glass zigzag slab laser. The thermally induced optical distortion through the slab is minimized by uniform pumping and cooling and the use of corrective pump shields at the slab ends. The laser spatial output for Q-switched resonators has been measured and modeled. It is shown that a large aperture planar oscillator has an output divergence many times above the diffraction limit. Operation as a one-dimensional unstable resonator in the wide direction of the slab allows the efficient extraction of energy in a high-quality beam. Near-diffraction-limited laser output of 5 J at 4 Hz is achieved with a resonator that includes an intracavity telescope to correct for residual defocusing in the thin direction of the slab     

1D VRM非轴对称虚共焦腔(Nd，Ce)：YAG板条激光器的实验研究

对(Nd,Ce):YAG板条固体激光器提出了一维变反射率镜(1D VRM)非轴对称虚共焦腔,并与平行平面腔和旋转对称变反射率镜(2D VRM)虚共焦腔等腔型作了实验比较研究。结果表明,1D VRM虚共焦腔适音板条固体激光器, 兼顾输出激光效率和光束质量。     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究,利用自制的5条激光二极管阵列堆LD Stack,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构成功得到1.064μm偏振连续激光输出,斜效率可达44%。输出激光功率3.5W时,测得非稳腔和稳腔两个方向的M2因子为1.28和1.73;在输出激光功率为38W时,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高功率高光束质量的激光输出,输入－输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器的仍然有很大的提升余地。     

高斯变反镜改善板条激光器光束质量的研究

在实验中对比研究了稳腔和高斯变反镜非稳腔两种腔型。采用尺寸为66.7 mm×11 mm×1.7 mm板条Nd∶YAG增益介质,泵浦功率860 W条件下,稳腔获得196 W的激光输出,Mx2=2.47,My2=38.6;高斯变反镜非稳腔获得102 W激光输出,Mx2=2.34,My2=6.48。实验结果表明高斯变反镜非稳腔明显改善了板条激光器宽度方向的激光输出光束质量。     

部分端面抽运的Nd∶YVO_4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管(LD)列阵堆和波导整形抽运耦合系统,将抽运光耦合至Nd∶YVO4板条晶体,平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84 W时,透过率为10%的输出腔镜得到了31 W的激光功率输出,光-光效率37%,斜效率45%,板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量,使用柱面镜混合腔结构,在最大抽运功率为86 W时,得到了19.3 W的1064 nm激光输出,测得的非稳腔和稳腔两个方向的M2因子分别为1.4和1.7。     

新型板条激光器的离轴混合腔模场计算

报道了一种新型双板条离轴混合腔激光器。这种激光器结构通过改变传统的冷却方式和采用特殊的谐振腔设计，将使从第一块介质板条高温一侧出射的激光对称地进入另一块板条的低温一侧，从而可对由于温度分布不均匀造成的波面畸变进行一定程度的自校正，减少热效应的影响，可望提高激光器的输出功率和光束质量。利用快速傅里叶变换（FFT）对这种激光器的近场、远场以及相位等模场特性进行了数值计算。分析了波面畸变对输出光束质量的影响，并与常规双板条激光器进行了比较，结果表明这种新型双板条离轴混合腔激光器可以实现一定程度的波面畸变自补偿，从而获得更好的输出光束质量。     

连续16 W二极管端面泵浦混合腔Nd:YVO4板条激光器

在半导体泵浦的固体激光器中,激光晶体的热效应在很大程度上影响了激光器的能量输出和光束质量.为减小激光器中的热效应,介绍了用LD端面泵浦板条(slab)激光晶体,结合稳腔-非稳腔混合腔型(hybrid resonator)实现的板条激光器.在腔长为50 cm的情况下,得到了16 W连续输出,高泵浦功率时斜效率达到59%,同时进行了稳腔方向的热效应分析.     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

为了获得大功率高光束质量的激光输出,利用自制的5bar激光二极管阵列堆作为抽运源,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构,对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究。在最高抽运功率134W时,得到了38W的连续激光输出,斜效率44%,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高光束质量的激光输出,输入-输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器仍有提升潜力,本结果有助于进一步提升该激光器的性能,实现更高功率的高光束质量激光输出。     

A 123 W Nd:YVO4 slab laser with high beam quality output

The laser diode (LD) partially end-pumped slab laser with hybrid resonator is a kind of novel solid-state laser that can achieve high power with high beam quality. Using this configuration, taking Nd:YVO4 as the slab gain media, a 123 W output was obtained when the pumping power was 265 W, and the optical-to-optical efficiency and slope efficiency were 46.4% and 52.4%,respectively. The beam quality M2 factors in the unstable direction and the stable direction were 1.3 at the output power of 98 W.