LD抽运Nd:YAG激光器声光调Q高效内腔谐波转换

报道了一台半导体激光器(LD)抽运的声光调Q高效内腔谐波转换Nd:YAG激光器,当注入抽运功率为12W时,声光调Q的基频波(1.064 μm)输出平均功率为2.6 W,采用内腔倍频技术,在简单腔情况下,二次谐波(532nm)输出平均功率达到了2.1 W,光-光转换效率分别达到21.7%和17.5%.     

大功率LD抽运Nd:YVO4/KTP声光调Q绿光激光器

用大功率半导体激光器 (LD)连续抽运 Nd:YVO4/KTP激光器 ,实现了声光调 Q绿光输出 ,在注入抽运光功率 6.3 W,重复频率 2 5 k Hz时 ,获得脉冲宽度为 60 ns,平均功率为 1 .76W的绿光输出 ,光 -光转换效率达到 2 7.9% ,绿光单脉冲能量为 70 .4μJ,脉冲峰值功率达到 1 .1 7k W。     

二极管侧面抽运的高平均功率倍频Nd∶YAG激光器

对高平均功率输出的二极管侧面抽运声光调Q腔内倍频Nd∶YAG固体激光器进行了研究 ,当采用 35个 15W的连续激光二极管阵列抽运时 ,在重复频率为 10kHz下 ,实现了最大平均功率为 5 6W的 5 32nm倍频激光输出。光 光转换效率为 11% ,电 光转换效率为 3 7%。     

平均功率达68 W的LD抽运倍频Nd∶YAG激光器

对高效光-光耦合、内腔倍频以及热透镜效应的补偿等从理论和实验两方面进行了研究,指出优化抽运光在工作物质内的增益分布和降低腔内基频光的损耗是提高光-光耦合效率和谐波效率的关键.实验中,我们采用国产30个20 W的连续波激光二极管阵列作为抽运源,谐振腔为L型腔,在LD输入抽运功率为600 W的情况下,利用φ5×100 mm的Nd∶YAG晶体,得到了静态1064nm 150 W的输出平均功率;在放入声光开关,10 kHz的重复频率下,1064 nm输出118 W;采用KTP晶体内腔倍频得到了532 nm绿光68 W的输出功率,在声光调Q下二极管抽运光-倍频光的转换效率超过11%,同时测得输出激光的脉宽为110 ns左右.在此条件下,进行了考机实验,激光器连续工作4小时以上时,激光输出功率不稳定度保持在5%以内.(OC14)     

LD抽运的高效率内腔倍频绿光激光器

提高绿光总体效率具有重要意义.目前,半导体抽运的绿光单台最高输出功率已经达到315 W,倍频最高效率达到82%. 我们分析了端面抽运情况下抽运光耦合系统的设计,得出了最佳聚焦光斑尺寸,并且指出抽运光斑尺寸对激光器单模运转特性的影响,光斑尺寸并非越小越好,应该综合考虑选取抽运光斑的尺寸为稍大于腔内基模振荡光的光斑尺寸,以便实现最佳模式匹配,同时能够单模运转.对LD抽运的固体激光器声光调Q内腔倍频进行了理论研究,指出降低腔内基波的损耗是提高谐波转换效率的关键.实验采用简单直腔,在输入LD抽运光12 W的情况下,利用4 mm×10 mm的YAG晶体,在放入声光开关10 kHz的重复频率下,1064 nm输出2.6 W;采用KTP晶体内腔倍频得到了532 nm绿光2.1 W的输出功率,在声光调Q情况下基频-倍频光的转换效率超过80%,光-光效率达到17.5%,为今后实现大功率绿光的运转打下了一定的基础.(OC1)     

二极管侧面抽运的高平均功率倍频Nd:YAG激光器

对高平均功率输出的二极管侧面抽运声光调Q腔内倍频Nd:YAG固体激光器进行了研究,当采用35个15W的连续激光二极管阵列抽运时,在重复频率为10kHz下,实现了最大平均功率为56W的532nm倍频激光输出。光-光转换效率为11%,电-光转换效率为3.7%     

基于圆环达曼光栅整形的环形光抽运的Nd…YAG声光调Q涡旋光激光器

研究了圆环达曼光栅(CDG)整形的环形光抽运的声光调Q Nd…YAG激光器。该激光器的腔体由激光晶体、声光调制器以及平面输出耦合镜组成。所用抽运源为光纤耦合808nm半导体激光器,其发射光经过CDG发生一级衍射,产生的环形光场强度分布用于端面抽运Nd…YAG激光晶体。实验获得了高光束质量、线偏振、且具有螺旋相位的主动调Q脉冲光输出。当吸收抽运功率为5.6 W、声光调制器工作频率为5kHz时,激光脉冲的平均功率为470mW,峰值功率达到588 W,脉冲宽度为160ns。     

激光二极管抽运的高效高重复频率Nd:YAG陶瓷激光器

研制了激光二极管(LD)抽运的高效高重复频率声光调QNd,YAG陶瓷微型激光器件。激光器采用激光二极管纵向同轴抽运Nd：YAG陶瓷得到1064nm近红外激光输出，采用熔融石英作声光介质，声光调Q重复频率1Hz～115kHz可调。使用2W的激光二极管抽运，获得脉冲宽度16．4ns，峰值功率2．46kw，单脉冲能量40．5μl的稳定运转。在重复频率110kHz时获得495mw的平均功率，总光一光转换效率达24．75％。研究了重复频率及抽运功率对声光调Q脉冲激光器性能的影响，并对实验结果进行了相应的分析讨论，在理论上加以合理的解释。     

11.2W中红外3.8μm激光器

报道了采用1064nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配技术实现3.8μm激光输出的实验结果。抽运源为二极管激光连续抽运Nd:YAG晶体声光调Q1μm激光器,PPMgLN晶体(MgO掺杂浓度5mol%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4pm/V)。在1064nm激光抽运功率94W,声光Q开关工作频率8kHz的条件下,获得了平均功率11.2W,波长3.84μm激光输出,光-光转换斜率效率14.5%,对应闲频波长1.47μm激光输出功率约28W。3.8μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.01和5.78。     

高重频风冷声光调Q光纤激光器实验研究

为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器,采用主振荡功率放大结构,对声光调Q的全光纤激光器进行了研究.振荡级采用声光调Q方案,以光纤光栅对为激光器腔镜,915nm激光二极管连续抽运,得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出.采用两级大模场双包层光纤放大,实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出.第二放大级光光转换效率69%,激光器总光光转换效率达62.7%.分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因.结果表明,采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性,在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%.     

46 W腔内光参量振荡高重复频率2 μm激光器

报道了采用1064 nm激光抽运KTP晶体内腔光参量振荡(OPO)技术实现高重复频率、高效率2 μm激光输出的实验结果.理论计算了KTP OPO双谐振抽运阈值,提出了内腔KTP OPO设计思路.激光器采用两块相同的KTP晶体光轴相向放置以补偿走离效应,KTP晶体按φ=0°,θ=53°切割以获得近简并波长2.128 μm激光输出.在808 nm激光二极管抽运功率为470 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率46.5 W,波长2.128 μm激光输出,光-光转换效率为9.89%,斜率效率为14.5%,光束质量M2<2.8.     

准连续波掺钛蓝宝石激光器的研究

采用三镜驻波腔和四镜驻波腔,以声光调Q内腔倍频Nd：YAG激光泵浦钛宝石激光器．实现了钛宝石激光器的准连续运转。当输出镜透过率为20％,泵浦光平均功率为7W时,获得钛宝石激光最大输出平均功率为0．95W,转换效率为13．6％,同时实现了720—820nm波长的连续调谐输出。     

基于周期极化铌酸锂晶体的高功率可调谐光参量振荡器

研究了镁掺杂周期极化铌酸锂晶体光学参量振荡(PPMgLN-OPO)产生高功率、高重复频率中红外激光的特性.采用半导体激光器(LD)抽运的声光调Q Nd:YAG激光器,1064 nm准连续激光功率最大输出为7.8 W,重复频率5～50 kHz.产生1064 nm调Q光,抽运周期为30.7 μm的掺氧化镁(摩尔分数为5%)周期性极化铌酸锂晶体,温度变化范围为40～200℃,实现了短腔双谐振红外高功率激光输出.实验中近红外激光波长调谐范围为1570～1676 nm,最高输出功率613 mW;中红外输出波长范围为2942～3300 nm,中红外光平均功率也达到了百毫瓦级,信号光单脉冲能量达40 μJ;光-光(LD-信号光)转换效率为3.4%.     

激光二极管抽运的高效高重复频率Nd∶YAG陶瓷激光器

研制了激光二极管(LD)抽运的高效高重复频率声光调QNd∶YAG陶瓷微型激光器件。激光器采用激光二极管纵向同轴抽运Nd∶YAG陶瓷得到1064nm近红外激光输出,采用熔融石英作声光介质,声光调Q重复频率1Hz～115kHz可调。使用2W的激光二极管抽运,获得脉冲宽度16.4ns,峰值功率2.46kW,单脉冲能量40.5μJ的稳定运转。在重复频率110kHz时获得495mW的平均功率,总光光转换效率达24.75%。研究了重复频率及抽运功率对声光调Q脉冲激光器性能的影响,并对实验结果进行了相应的分析讨论,在理论上加以合理的解释。     

单端光纤耦合的声光调Q全光纤化光纤激光器

实现了一种单端光纤耦合的高重复频率、窄脉冲、窄线宽及高效率的主动声光调Q全光纤脉冲光纤激光器。该光纤激光器基于光纤光栅与平面镜组合而成的线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,采用激光二极管与(2+1)×1抽运耦合器形成后向抽运,并利用单端光纤耦合声光调制器(AOM)实现了全光纤化结构的脉冲掺镱双包层光纤激光器。调Q声光开关工作在一级方向,反向输出调Q脉冲,重复频率20～100kHz可调。在重复频率50kHz、抽运功率5.7W下系统获得了输出激光功率2.64W、单脉冲能量528μJ、脉宽56ns、峰值功率943W的稳定的高效率、窄线宽的窄脉冲,中心波长在1080nm左右,线宽为0.06nm,光-光转换效率高达46%。     

主动调Q内腔式Nd:YAG/GdVO4拉曼激光器

研究了激光二极管(LD)端面抽运的主动调Q内腔式Nd∶YAG/GdVO4拉曼激光器的激光特性,测量了不同抽运功率和脉冲重复频率条件下的平均输出功率和脉冲宽度.当注入的抽运功率为[7.44 W,脉冲重复频率为20 kHz时获得的1174.5 nm拉曼光的最大平均输出功率为1.3 W,对应的光-光转换效率为17.4%;当注入抽运功率为6.8 W,脉冲重复频率为[15 kHz时获得的1174.5 nm拉曼光的最大单脉冲能量为74.4 μJ.与Nd∶GdVO4自拉曼激光器进行实验比较和分析,实验结果表明主动调Q内腔式Nd∶YAG/GdVO4拉曼激光器可以获得比Nd∶GdVO4自拉曼激光器更高的平均输出功率和转换效率.     

138 W窄脉宽全固态绿光激光器

报道了绿光平均功率达138 W的声光调Q内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器。为了进一步提高绿光激光器的输出功率以及压窄脉宽,通过倍频晶体相位匹配角随温度变化的分析以及腔型的研究,设计并优化了U型谐振腔。实验中采用两个聚光腔,每个聚光腔由35个20 W的高功率激光二极管(LD)侧面抽运Nd∶YAG棒,利用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔内倍频,实现了高平均功率内腔倍频激光器的稳定运转。在两个聚光腔的激光二极管抽运电流分别为18.5 A,20.5 A时,获得了重复频率为10 kHz,脉冲宽度优于49 ns,输出功率为138 W的高功率、高重复频率、窄脉宽绿光(532 nm)输出,光-光转换效率为14.1%,不稳定度为±2.8%。     

低阈值宽调谐的内腔调Q Nd:YVO4/PPLN光学参量产生

将多周期极化铌酸锂(PPLN)晶体置于激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器谐振腔内,实现了准相位匹配内腔光学参量直接产生(QPM-IOPG).PPLN晶体长20 mm,利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行.设定声光Q开关重复频率为19 kHz,通过温度调谐和周期调谐,获得了信号光在1384～1541 nm范围内的连续输出,脉冲宽度约为80 ns.在PPLN晶体温度为140 ℃,极化周期为29 μm时,内腔光参量产生的阈值仅为0.93 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了140 mW的信号光输出;在极化周期为26.5 μm时,内腔光参量产生的阈值增大到1.36 W,在3 W激光二极管抽运功率下,获得了105 mW的信号光输出.分析了不同极化周期下阈值和转换效率存在差异的原因,对内腔光学参量产生的阈值进行了理论分析和计算.     

平均功率达300 W的LD抽运Nd:YAG激光器

针对大功率连续激光二极管抽运的Nd:YAG圆棒状固体激光器中激光输出功率与光束质量的关系问题进行了深入的理论和实验研究.在二极管侧面抽运条件下,通过优化抽运腔的结构设计以提高抽运的均匀性和对抽运光的吸收效率:在激光谐振腔内采用双棒结构,通过优化激光谐振腔的设计来补偿热透镜效应;在双棒之间插入偏振旋光器和光学成像系统,以补偿热致双折射效应.当每个抽运腔采用30个20W的连续激光二极管阵列抽运,总抽运功率达1200W时,实现了最大平均功率为300W,光-光转换效率为25%的激光输出.在此基础上进行声光调Q,获得了重复频率为15KHz,脉宽为110 ns,平均功率为240 W,光束质量M2为18的调Q基频激光的输出.     

85W高稳定全固态绿光激光器的研究

研究了平均功率达 85W高功率高稳定性全固态绿光激光器 ,从理论上分析了全固态内腔倍频晶体热效应相位失配对输出功率的影响 ;数值模拟了倍频晶体内部的热量分布 ,计算了倍频晶体相位匹配角随温度变化的失配量。在实验中 ,采用 80个 2 0W的高功率半导体激光器侧面抽运单Nd∶YAG棒 ,采用双声光Q开关、高效平凹谐振腔结构 ,对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配并配合强冷却等技术 ,实现高功率内腔倍频激光器的稳定运转 ;在抽运电流为 17 3A时 ,实现了重复频率为 2 0 4kHz,脉冲宽度 2 30ns,输出功率为 85W的高功率、高重复频率绿光 ( 5 32nm)输出 ,不稳定性为± 1 0 3% ,光 光转换效率为 9 7%。