受激布里渊散射相位共轭激光器自调Q机理的探讨

深入分析了从起始腔向相位共轭腔转变时 ,腔损耗的突变过程。结合速率方程理论和快Q开关特点 ,探讨了受激布里渊散射 (SBS)相位共轭激光器的自调Q机理 ,给出了自调Q脉冲脉宽的估算公式。估算值与实验值基本相符。     

带SBS池的位相共轭激光器调Q机理的研究

本文从速率方程出发,分析了带SBS池的Nd∶YAG位相共轭激光器的调Q机理,给出了调Q的理论模型。用数值计算方法求出了输出调Q脉冲的腔内光子数密度与时间的关系曲线,与实验值基本相符。     

宽线宽Cr:LiSAF受激布里渊散射相位共轭激光器

激光聚焦到受激布里渊散射(SBS)介质中所产生的声子光栅的密度对比度对应于叠加光场的强度对比度,据此直观分析了宽线宽激光SBS能量阈值高于窄线宽激光SBS的原因,并对宽线宽SBS相位共轭谐振腔的高启动阈值进行了定性分析.设计并运行了Cr:LiSAF宽线宽SBS相佗共轭激光器,对其静态运行时的输出激光波形,以及自调Q动态运行时的输出激光脉冲波形、能量、光束发散角等进行了测量.结果表明它能有效地产生脉宽约为50 ns的自调Q脉冲激光,光束发散角相对于静态激光压缩了约2倍.     

主振-功放系统SBS位相共轭技术研究

利用单池与双池位相共轭池,对SBS位相共轭特性进行了研究,实现MOPA激光系统SBS位相共轭高反射率、高保真度、大能量高光束质量激光输出,为高功率激光器的发展提供了有效技术途径。     

自调Q掺铒光纤激光器动态特性研究

为了研究自调Q掺铒光纤激光器输出动态特性,采用搭建全光纤结构的线形腔和环形腔自调Q掺铒光纤激光器进行了理论分析和实验验证。实验中,当抽运功率达到起振阈值后,随着抽运功率的增加,用示波器观察输出激光,线形腔输出激光依次经历了连续波、自调Q两种运行状态,由于抽运功率的限制,未能再次出现连续波运行状态,而环形腔输出激光则先经历了自调Q运行状态,然后是连续波运行状态;线形腔在抽运功率21mW~190mW的范围内,可获得脉冲宽度8s ~100s范围内可调、重复频率2.5kHz~54kHz范围内可调的自调Q脉冲;环形腔在抽运功率为16.2mW~110mW时,可获得的脉冲宽度在165s左右。结果表明,自调Q掺铒光纤激光器因腔结构的不同,输出激光动态特性也不同;线形腔和环形腔均有自调Q脉冲输出,但线形腔自调Q范围更大。     

宽线宽Cr∶LiSAF受激布里渊散射相位共轭谐振腔的实验研究

将受激布里渊散射(SBS)相位共轭镜置于谐振腔中,构成宽线宽Cr∶LiSAF相位共轭激光器,对其输出特性进行了初步研究. 由于宽线宽激光的受激布里渊散射阈值较高,所以Cr∶LiSAF相位共轭激光谐振腔的形成比较困难.为了提高起始腔中的激光能量密度,我们将起始腔输出镜的透射率减小,后腔镜为高反镜,在SBS池的两端分别用透镜将腔内激光聚焦到池中,选用适当的SBS介质.实验中观察到相位共轭腔的输出脉冲,其脉冲宽度约为80 ns,实现了相位共轭腔的自调Q输出.与共轭腔未形成时的静态输出光束相比,光束质量得到明显提高. 我们还在起始腔中放置了三个色散棱镜.由于腔内棱镜所造成的损耗较大,单靠起始腔中的静态激光无法达到相位共轭腔的启动阈值.为此,借助电光调Q来增大起始腔中的激光能量密度,即以动态激光启动相位共轭腔.实验表明,这种相位共轭腔不仅能进一步压缩激光脉冲,达到30 ns左右,更重要的是能够有效地提高输出光束的质量,并能在一定的波长范围内调谐激光输出.(OB5)     

连续钛宝石激光器光折变位相共轭外腔的实验研究

利用Ce：BaTiO3晶体构成的自抽运位相共轭(SPPC)外腔，改善了连续钛宝石激光器的工作特性，使得激光输出阈值由未加位相共轭腔时的4．7W下降到加位相共轭腔时的3．6W，斜率效率由26％上升为30％。利用外腔激光理论对该实验结果进行了合理的分析。此外，由于位相共轭自扫描效应，导致了输出光中心频率在反馈后3min时蓝移了142MHz，在6min时红移了243MHz。通过直接测量暗条件下自抽运位相共轭反射率的衰减，得到了自抽运位相共轭光栅的暗存储特性。在暗条件下，位相共轭反射率在开始的1．5h内由80．5％下降到75％，随后缓慢下降，到17h位相共轭反射率仍保持在74％。     

椭圆高斯分布半导体激光器泵浦被动调Q激光器的优化

在考虑泵浦光束和初始反转粒子数椭圆高斯分布的条件下，确定了新的调Q耦合速率方程。在椭圆高斯分布近似下，通过数值分析的方法针对脉冲能量进行优化，首次得到了归一化的脉冲能量和反射镜反射率等关键参数与无量纲变量z的关系曲线。文中以半导体激光器贴近端面泵浦，Cr4+:YAG作为饱和吸收体的Nd:YVO4被动调Q激光器为例进行了脉冲能量优化计算，在小信号透过率为75%，反射率91.8%时，对应最大脉冲能量1.5 J，峰值功率81 W，脉冲宽度18.4 ns。选用小信号透过率为73.4%的饱和吸收体和反射率为87%的反射镜进行实验验证，得到的脉冲能量为1.25 J，峰值功率为76.4 W，脉冲宽度为16.3 ns。理论计算与实验结果基本相符。     

2.794μm高重复频率Fe2+:ZnSe被动调Q激光器脉冲特性理论分析与实验研究

3μm波段被动调Q激光可饱和吸收体的损伤阈值较低，在高峰值功率、高重复频率条件下非常容易出现损伤。理论分析了可饱和吸收体的初始透过率和输出镜的反射率对被动调Q激光输出脉冲宽度的影响。采用两种具有不同初始透过率的Fe²⁺∶ZnSe晶体进行了氙灯泵浦的Er,Cr∶YSGG激光器被动调Q实验研究。结果表明，具有低初始透过率的可饱和吸收体能够获得较低的脉冲宽度，且具有高初始透过率的可饱和吸收体能够通过提高输出镜的反射率来压缩脉冲宽度，脉冲宽度与晶体棒直径无关，实验结果与理论结果吻合。通过优化腔内布局实现了高重复频率、高峰值功率的2.794μm被动调Q激光输出，激光器在60 Hz重复频率下分别获得了单脉冲能量4.7 mJ和7.0 mJ的调Q激光输出，脉冲宽度分别为97.0 ns和72.6 ns。研究结果为被动调Q激光器的设计提供了理论指导。     

受激布里渊散射在ICF激光驱动器中的应用

本文概述了基于受激布里渊散射 (SBS)的位相共轭镜 (PCM )在惯性约束核聚变 (ICF)激光驱动器领域的实际应用 ,着重介绍了在高功率条件下 ,PCM的能量和功率负载强度、位相保真度和波形控制等关键问题。指出在超饱和工作条件下 ,采用SBS放大器—振荡器双池结构的PCM ,在获得高反射率、高保真度、可控脉冲输出的同时 ,不会增加激光系统的不稳定性。     

27-W average output power with 1.2*DL beam quality from asingle-rod Nd:YAG laser with phase-conjugating SBS mirror

The beam quality of a single-rod Nd:YAG laser with large mode volume was improved almost up to the diffraction limit by using a phase-conjugating mirror (PCM) based on stimulated Brillouin scattering (SBS). A new resonator design was used with sulfur hexafluoride as the SBS medium. The laser is Q-switched by the nonlinear reflectivity of the PCM. The stable fundamental mode operation and high efficiency via large mode volume was guaranteed by the combination of a highly selective aperture setup and the SBS mirror. The system exhibits a temporal burst structure of up to 50 Hz and a repetition rate of 11 kHz within the burst. The single Q-switch pulse showed a width of 42 ns. The energy, width, and repetition rate of the Q-switch pulses within the burst can be adjusted by varying the parameters of the laser system     

被动调Q激光器输出波动因素的实验研究

对Cr：YAG被动调QNd：YAG激光器进行了实验研究。着重研究了抽运功率、腔长、输出镜透过率以及晶体问距等因素对于激光输出脉冲序列的重复率、脉冲宽度以及峰值功率不稳定性的影响。实验结果表明,抽运功率是影响输出稳定性的最大因素,增大抽运功率加剧输出的波动,增加腔长减小输出的波动;同时存在一个最佳的输出镜透过率,可以使输出脉冲序列最稳定。在此基础上,依据被动调Q的原理,对实验现象产生的原因做了理论分析。分析结果对被动调Q激光器的设计有一定的指导意义。     

Analytical model for design criteria of passively Q-switched lasers

A general and straightforward model was developed for the design of passively Q-switched lasers. With the second-threshold criterion and using a numerically fitting procedure, the output pulse energy was expressed as an analytical function of the initial transmission of the saturable absorber and the reflectivity of the output coupler. An analytical expression for the optimal output reflectivity was also obtained for maximizing the output pulse energy of a passively Q-switched laser with a given initial transmission of the saturable absorber. Excellent agreement was studied between the present results and detailed theoretical computations. A Nd:YAG laser with Cr⁴⁺ :YAG as a saturable absorber has illustrated the use of the present model     

SBS相位共轭腔激光器的调Q效果与起始腔稳定性的关系

从理论上导出了起始腔的稳定性与腔内光学元件的布置及其参数之间的关系 ,实验验证了高衍射损耗的非稳定起始腔有利于提高相位共轭激光器的调 Q效果 ;实验观察了蒸馏水作为 SBS介质时 ,相位共轭激光器的输出特性 ,并与高增益的二硫化碳介质作了相应的比较 ,分析了它们之间差别的产生原因。     

1319nm Nd:YAG脉冲电光调Q激光器的研究

为了研究脉冲输出波长为1319nm的Nd:YAG激光器,通过分析Nd:YAG激光介质的辐射跃迁能级,采用镀制高选择性介质膜的方法抑制1064nm等其它波长的起振,最终实现1319nm激光单脉冲输出。实验中采用闪光灯抽运、水冷Nd:YAG激光器,KD*P调Q,平平腔结构,获得1319nm激光静态输出能量340.9mJ,动态输出76.8mJ,重频1Hz,脉宽17ns,束散角2.7mrad。结果表明,通过镀制高选择性介质膜的方法可以实现1319nm激光调Q脉冲输出。     

低温生长GaAs实现半导体泵浦红外激光器被动调Q锁模研究

用低温生长GaAs红外晶体材料作为饱和吸收体兼输出镜,在二极管泵浦全固态激光器上实现了调Q锁模。激光器调Q运转阈值为2W。当注入泵浦功率为3．6W时,调Q锁模开始出现。当注入泵浦功率为8．4W时,平均输出功率达到837mW,调Q包络的重复频率为100kHz,锁模脉冲的重复频率为760MHz。     

主振荡功率放大激光器中锥度光纤相位共轭镜的实验研究

锥度光纤作为相位共轭镜具有高反射率、高保真度等优点，将3根自制的、规格不同的锥度光纤相位共轭镜应用在重复频率100Hz，脉宽28ns的激光二极管(LD)抽运的高功率脉冲激光主振荡功率放大器(MOPA)系统中，对其受激布里渊散射(SBS)性能以及锥度区尺寸的影响进行了研究。结果表明，芯径大于400μm的大尺寸锥度光纤可以应用于高功率激光系统中，如选择较长的后端光纤长度以及适当的锥度区规格可获得较高的受激布里渊散射能量反射率和输出能量。在应用总长5．2m，锥度区从φ400μm过渡到φ200μm的锥度光纤时，实验获得了高达85％的受激布里渊散射能量反射率和大于21mJ的双通输出能量，激光脉宽被压缩到17ns，最大峰值功率达到兆瓦量级。     

低反光纤光栅对光纤激光器光谱展宽影响研究

光纤激光器中的自相位调制(SPM)以及低功率下的空间烧孔效应(SHB)会导致输出光谱展宽。分析了SPM、SHB导致光谱展宽的理论模型,讨论了低反光纤光栅(OC)的带宽与反射率对激光器输出光谱展宽的影响。实验研究了不同输出功率下激光器输出光谱随OC带宽及反射率的变化关系。结果表明减小OC带宽能够有效减缓SPM、SHB导致的输出光谱展宽;减小OC反射率能降低SPM导致的输出光谱展宽速度,却促进了SHB导致的光谱展宽;但相同改变量的情况下,OC带宽所带来的影响较反射率更为显著。实验结果与理论分析一致,对光谱合束及窄线宽高功率光纤激光器的设计与应用具有重要意义。     

Optimization of intracavity doubled passively Q-switchedsolid-state lasers

Passively Q-switched lasers can be optimized by the choice of two factors: (1) reflectivity of the output coupler and (2) transmission of an unsaturated absorber. When intracavity frequency doubling is adopted, the nonlinear crystal behaves as a nonlinear output coupler. In this paper, we generalize the optimization theory for intracavity frequency-doubled passively (Q)-switched lasers. By introducing a nonlinear loss term caused by the frequency doubler into the coupled rate equations describing the operation of saturable absorber passively Q-switched lasers, we can express the harmonic pulse characteristics such as peak power, pulse energy, pulsewidth, and a factor describing pulse symmetry. Using the Lagrange multiplier technique to maximize the peak power of the second harmonic for a given pump level, we obtain an additional constraint equation describing the relation of a frequency-doubling factor to a normalized intermediate variable, which can be solved quickly to determine the characteristics of the pulse. The frequency-doubling factor, which is a normalized key parameter, is found to depend not only on the commonly used coefficient of the nonlinear frequency doubler and the emission cross section of the laser medium, but also on the laser cavity optical length. We plot design curves indicating the key parameter and the pulse characteristics via two normalized variables, one representing the pump level, and the other representing the laser emission medium and the absorber medium. Using these curves and expressions, one can design an optimal passively Q-switched intracavity frequency-doubled miniature laser and predict the pulse characteristics without relying on computer calculation     

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。