连续波500W全固态Nd∶YAG激光器研究

研制了全国产化全固态半导体激光器(LD)抽运模块,Nd∶YAG激光输出功率达500W。介绍了优化抽运模 块结构参数的程度。从增益分布特性等方面,介绍了研究其输入 输出功率特性的实验装置,随着抽运功率的增加, Nd∶YAG激光输出以斜率效率47%线性增加,最大输出功率达到575W,光 光转换效率达26.1%。采用He Ne 激光探测法实验测量了该抽运模块中的热透镜效应。通过测量热焦距,分析了其热透镜效应:热透镜焦距与抽运 功率成反比,抽运功率很小时,热焦距大,热透镜效应很小,被Nd∶YAG棒的修凹面补偿,所以此时热焦距较大,热 效应不显著。随着抽运功率的增大,热焦距减小,热透镜效应越来越显著。     

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。     

8.1 W全固态准连续红光Nd:YAG激光器

报道了利用Ⅱ类临界相位匹配的KTP晶体(相位匹配角选为θ=59.9°,φ=0°)对Nd:YAG在1.3μm附近的振荡进行腔内倍频,产生高功率准连续红光激光的实验结果.激光器使用了一个连续运转的高功率激光二极管(LD)侧面抽运组件(组件内由30个20W的二极管阵列呈三角形阵列分布抽运一根Nd:YAG圆棒),使用声光调Q技术实现高重复频率输出,并选用了平-凹直腔的腔体结构.对该激光器的基频(1.3μm波长)调Q和倍频红光的功率输出特性及光谱特性进行了研究.在LD抽运功率453W时产生了最大输出功率8.1 W的准连续红光激光,测量了此时的M2值并给出了光强分布图.     

LD抽运Nd:YVO_4腔内倍频连续波8.8W绿光激光器

报道了用 LD双向抽运 Nd:YVO4晶体 ,KTP作腔内倍频的大功率绿光激光器。通过对大功率抽运情况下所产生的热透镜效应进行分析和估算 ,优化了热稳腔参数 ,获得了较稳定的功率输出。在抽运功率为 2 8W时 ,获得最大连续波绿光输出 8.8W,光 -光转换效率达 31 .5%。     

边缘抽运薄片Nd:YAG激光器

边缘抽运薄片激光器设计使得冷却面和抽运面分开,解决了高功率抽运和抑制放大自发辐射问题,简化了激光器的结构设计.利用边缘抽运六角形1.at-%Nd:YAG薄片获得了5.1 W的输出,斜率效率为11.9%,并使用光线追迹的方法,分析了抽运光在晶体中的分布和吸收情况,指出了发展边缘抽运薄片激光器所要解决的关键技术.     

侧面抽运Nd:YAG连续激光器

介绍了一种二极管侧面抽运的Nd:YAG连续激光器,获得了37.9W的连续1064um的激光输出,光-光转换效率为23.7％。用光线追迹法对实验中的具体参数进行了数值模拟,指出了实验中的不足之处,对侧面抽运结构的设计作了分析讨论。     

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。     

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.     

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。     

LD抽运Nd∶YVO4腔内倍频连续波8.8W绿光激光器

报道了用LD双向抽运Nd∶YVO4晶体,KTP作腔内倍频的大功率绿光激光器.通过对大功率抽运情况下所产生的热透镜效应进行分析和估算,优化了热稳腔参数,获得了较稳定的功率输出.在抽运功率为28 W时,获得最大连续波绿光输出8.8 W,光-光转换效率达31.5%.     

输出5 W的电光调Q Nd:YAG陶瓷激光器

研究了激光二极管(LD)侧向抽运的Nd:YAG陶瓷电光调Q激光器的激光输出特性.该激光器采用九组激光二极管线阵列(LDA)侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构,并用微通道热汇冷却技术冷却.在电光调Q方式下,重复频率为100 Hz,抽运单脉冲能量为416 mJ时,用尺寸为φ5 mm×75 mm,掺杂原子数分数为1%的Nd:YAG陶瓷棒,获得50 mJ的1064 nm激光输出,脉冲宽度为12 ns,斜率效率达24%.并实验测量和分析了偏振片,KD*P晶体,四分之一波片等调Q器件的插入损耗.测量了输出激光时间波形和光斑的光强空间分布.     

激光二极管抽运全固态355 nm连续波紫外激光器

通过优化设计激光谐振腔,实现了激光二极管(LD)抽运腔内三次谐波转换355 nm紫外激光器的高效率输出.实验中采用复合腔结构,利用BIBOⅠ类临界相位匹配进行腔内和频,当注入到Nd∶YAG和Nd∶YVO4晶体的抽运功率分别为20 W和8 W时,获得最大功率为114 mW的TEM00连续波355 nm的紫外激光输出,光-光转换效率为0.4%,4 h功率稳定度优于±3.2%.     

激光二极管抽运的被动调Q Nd:GdVO4激光器

利用激光二极管作为抽运源,分别用Cr4+:YAG,GaAs和染料片作为饱和吸收体,研究了Nd:GdVO4激光器的被动调Q特性.Nd:GdVO4晶体尺寸为4 mm× 4 mm× 6 mm,掺Nd浓度为1%.利用小信号透过率分别为91%和95%的Cr4+:YAG,调Q的阈值分别为0.63 W和0.57 W;在抽运功率为3.69 W时,分别得到了脉宽为64 ns,80ns,脉冲能量为3.66μJ,3.41μJ,重复率为325 kHz,378 kHz的稳定调Q脉冲.利用580 μm厚的GaAs调Q的阈值为0.39 W,在抽运功率为3.69 W时,得到了脉宽为7.8 ns,脉冲能量为2.15μJ,重复率为366 kHz的稳定调Q脉冲.利用初始透过率为70%的染料片调Q获得的脉冲最窄,但是其插入损耗大,抽运阈值高,输出也不稳定.     

激光二极管抽运的被动调Q Nd∶GdVO_4激光器

利用激光二极管作为抽运源,分别用Cr4+∶YAG,GaAs和染料片作为饱和吸收体,研究了Nd∶GdVO4激光器的被动调Q特性。Nd∶GdVO4晶体尺寸为4mm×4mm×6mm,掺Nd浓度为1%。利用小信号透过率分别为91%和95%的Cr4+∶YAG,调Q的阈值分别为063W和057W;在抽运功率为369W时,分别得到了脉宽为64ns,80ns,脉冲能量为366μJ,341μJ,重复率为325kHz,378kHz的稳定调Q脉冲。利用580μm厚的GaAs调Q的阈值为039W,在抽运功率为369W时,得到了脉宽为78ns,脉冲能量为215μJ,重复率为366kHz的稳定调Q脉冲。利用初始透过率为70%的染料片调Q获得的脉冲最窄,但是其插入损耗大,抽运阈值高,输出也不稳定。     

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.     

LD泵浦的Nd:YAG陶瓷激光器

介绍了一种新型的固体激光材料——Nd：Y3Al5O12(Nd：YAG)陶瓷的光学特性,设计并研制成LD泵浦的Nd：YAG陶瓷微型激光器件。阈值泵浦功率为48mW,在泵浦功率为1．5W时获得了516mW的1064nm连续激光输出,光-光转换效率为34．41%。     

侧面抽运国产Nd:YAG陶瓷棒的激光特性

实验研究了激光二极管阵列(LDA)侧向抽运国产Nd:YAG陶瓷棒的准连续及被动词Q激光输出特性.该陶瓷激光器采用LDA侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构,陶瓷棒抽运区域长度为20 mm,其总尺寸为φ3 mm×35 mm,掺杂原子数分数为～1%.在千赫兹准连续运转条件下,当平一平谐振腔的输出耦合镜透过率为47.3%时,获得最大平均功率23 W的1064 nm激光输出,光束发散角为4.5 mrad,斜率效率达12%.在谐振腔内插入Cr4 :YAG晶体作为被动调Q开关,成功地实现了陶瓷激光器千赫兹重复频率调Q激光脉冲输出,当Cr4 :YAG晶体初始透过率为60%时,输出激光脉冲宽度(半峰全宽)可窄至14.5 ns,调Q动静比约为40%.     

LD泵浦准连续Nd:YAG/KTP 12 W红光激光器

报道了使用国产大功率全固态NdYAG泵浦组件产生1.3 μm附近波长的激光振荡,利用Ⅱ类临界相位匹配的KTP晶体腔内倍频产生高功率的红光激光输出.泵浦组件内包含30个20 W的808 nm二极管阵列,呈三角型阵列分布连续抽运5 mm×125 mm的NdYAG圆棒.为产生高功率的倍频输出,激光器采用V型折叠腔结构,并使用1个声光Q开关.在泵浦功率大约470 W时,产生了12 W的准连续高功率红光激光.     

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。