Nd:GYSGG/YVO4双波长人眼安全波段内腔拉曼激光器

以Nd:GYSGG晶体为激光增益介质,a切割YVO4晶体为拉曼增益介质,利用Nd:GYSGG晶体的双波长激光运转特性实现声光调Q 1.5 m人眼安全波段双波长内腔拉曼激光器。为克服Nd:GYSGG晶体严重的热透镜效应对激光器功率的限制,实验确定其同带泵浦吸收峰位置及吸收系数,采用同带泵浦方式减轻热效应。吸收882.9 nm泵浦光功率17.1 W时,在20 kHz的脉冲重复频率下获得1.44 W的1.5 m双波长输出,转换效率8.4%,光束质量因子M2=2.4;棱镜分光测得其中1 497 nm和1 516 nm功率分别为0.55 W和0.89 W,二者脉冲宽度相近,均为15.3 ns左右。与808 nm传统泵浦相比,同带泵浦方式下激光器的输出功率及光束质量均得到明显提升。     

基于晶体拉曼转换的多波长激光技术综述(特邀)

近年来，在光电对抗、激光雷达、精密测量、医疗等诸多应用的牵引下，能够同时或交替输出不同波长的激光器得到广泛关注，但是受到激光工作物质中激活粒子固有发射谱及其增益强度的限制，实现多波长激光的功率、波长和时频域的高效可控辐射具有较大难度。非线性光学频率变换技术是拓展激光波长的有效手段，具有系统灵活性强、波长调节范围宽和功率拓展性强等特点。作为一种三阶非线性光学效应，受激拉曼散射(SRS)通过介质内部的分子或晶格振动使入射的泵浦光产生一定的频移，结合其固有的放大、相位共轭、级联转换等特性，基于SRS的拉曼激光器在获得高功率、高光束质量、多波长激光输出中具有显著优势，尤其是以晶体作为拉曼增益介质的多波长激光器一直是激光领域研究的热点。文中介绍了SRS和级联拉曼转换的基本原理，归纳了典型晶体拉曼激光器的分类和基本结构，综述并讨论了基于晶体拉曼转换的多波长激光技术的研究现状。     

180 W单频全光纤激光器

高功率单频光纤激器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景。分析了高功率单频光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,研究了放大级特性对受激布里渊散射效应的影响。采用线宽为70 kHz的单频光纤激光器作为种子源,经两级光纤放大,实现了中心波长1 064.1 nm、线宽70 kHz、最高功率为180 W的单频全光纤激光输出,光-光转换效率71.1%,光束质量Mx2=1.2,My2=1.21。分析了改变放大级特性前后输出功率提升的原因,认为改变放大级的温度分布减小了受激布里渊散射效应的增益系数,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使改变放大级温度分布后的输出功率大幅提高。该激光器的输出功率仅受限于泵浦功率,进一步提高泵浦功率,有望实现更高功率的单频光纤激光输出。     

高功率自由空间拉曼放大技术研究进展(特邀)

高功率特殊波段激光在钠信标、激光测距、激光雷达、自由空间通信等领域具有重要的应用价值。目前，基于受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)的拉曼激光器及放大器已经被证实为拓展激光波段和功率的有效途径。不同于基于粒子数反转激光器在产生和放大过程中需匹配激光增益介质固有的吸收和发射谱，SRS过程理论上能够在其拉曼增益介质透过光谱的全范围内工作，故只需要相互作用光束的频率差满足拉曼增益介质的固有频移，便可实现光束之间的能量直接转移。因此，拉曼放大技术能够利用常规波段的泵浦光对特殊波段的种子光进行放大，从而实现高功率、大能量、高光束质量的特殊波段激光输出。该方法具备波长选择灵活、结构简单、功率拓展性强等优点，近年来已经在钠信标光源等领域得到了应用。文中综述了高功率自由空间拉曼放大技术的主要原理、特性和研究进展，并对其发展趋势和应用前景进行了展望。     

端面抽运Nd:YAG/Cr^(4+):YAG/KTA被动调Q级联拉曼激光器EI北大核心CSCD

报道了基于KTA晶体671 cm^(−1)和234 cm^(−1)频移的LD端面抽运被动调Q级联拉曼激光器。采用Nd:YAG/Cr^(4+):YAG复合晶体产生被动调Q的脉冲基频激光来驱动KTA晶体,研究了不同入射抽运功率下级联拉曼激光的输出功率、光谱和脉冲特性。随着抽运功率的增加,输出激光波长从以671 cm^(−1)和234 cm^(−1)频移级联拉曼的1178 nm单波长过渡到与1212 nm同时输出的双波长。在10.05 W的入射抽运功率下,获得了280 mW平均输出功率,6.2%转化效率的双波长激光。对应的脉冲宽度和重复频率分别为1.2 ns和10.3 kHz,单脉冲能量和峰值功率分别为27.2μJ和22.7 kW。结果表明:基于KTA两个相当增益强度的频移,结合腔镜镀膜控制可以获得丰富的斯托克斯激光波长。     

腔共振增强瓦级单频1240 nm拉曼激光器

采用高质量的全固态连续单频1064 nm红外激光器作为泵浦源,以金刚石晶体作为拉曼增益介质,利用腔共振增强技术设计了一种双共振腔,实现了瓦级输出的低泵浦阈值单频1240 nm拉曼激光器。根据金刚石晶体的实际参数,通过优化设计得到了谐振腔对泵浦光的最佳透射率。当透射率为3.5%时,利用H■nsch-Couillaud偏振锁定系统将拉曼谐振腔的腔长精确锁定到泵浦光的共振频率处,实验测量到的拉曼激光器的泵浦阈值功率只有2.73 W。在此基础上,当单频1064 nm泵浦功率增加到9.17 W时,获得了1.48 W稳定单频的1240 nm拉曼激光输出,对应的斜效率为24.9%, 30 min内的功率稳定性优于1.10%(均方根),x,y方向的光束质量M²因子均优于1.2。该双共振腔的设计为降低拉曼过程阈值、获得稳定单频的高功率拉曼激光提供了一种有效的途径。     

1 532 nm全光纤Er/Yb共掺杂激光器

近年来,相干探测激光雷达是测量远距离低空风切变的有效手段,1.6 μm波段固体激光器以其人眼安全、探测器件成熟等优势成为相干雷达主要光源。其增益介质Er:YAG晶体在1532 nm波段有较强的吸收峰,但吸收谱较窄,因此通过使用1 532 nm光纤激光器进行谐振泵浦可以有效提高晶体输出效率。为此,文中以Er/Yb双包层光纤为增益介质,1532 nm光纤光栅为反射腔镜,976 nm半导体激光器为泵浦源,实现了全光纤化1532 nm激光输出。输出激光最大功率73.44 W,波长可调谐范围为1531.35~1532.14 nm,波长谱宽为0.06 nm,x和y方向的光束质量M2分别为1.38和1.26,是1.6 μm固体激光器的理想泵浦源。并采用此激光器泵浦Er:YAG非平面环形腔获得1.3 W单频激光输出,斜率效率为31.76%。     

1μm波段低量子亏损光纤激光研究进展(特邀)EI北大核心CSCD

量子亏损对高功率光纤激光器内的废热产生和光光转换效率具有重要影响,光纤激光器输出功率的提升过程可以视为不断与量子亏损作斗争的过程。文中梳理了近年来1μm波段低量子亏损光纤激光的重要进展,重点介绍了稀土掺杂增益和拉曼增益两种体制的光纤激光器在实现低量子亏损输出方面的相关工作。在稀土掺杂光纤激光器中,采用级联泵浦、多组分掺杂、强泵浦等技术可降低激光器的量子亏损,其中量子亏损≤1%的掺镱光纤激光器已实现400 mW功率输出。在拉曼光纤激光器中,通过采用特殊掺杂、泵浦光谱调控、增益竞争抑制等技术,量子亏损≤1%的拉曼光纤激光器已实现百瓦级功率输出,并成功验证包层泵浦方案的可行性,表明其在实现高功率低量子亏损输出方面具有重要潜力。     

109.5W输出1.94μm波长Tm:YAP固体激光器

报道了一种高功率Tm:YAP激光器实验装置,采用b轴切割的YAP/Tm:YAP/YAP复合晶体作为激光增益介质,使用中心波长为795 nm的LD模块进行双端泵浦,当增益介质冷却温度为20℃,LD总泵浦功率为301.4 W时,获得了最高109.5 W的1.94 m波长线偏振激光输出,光-光转换效率约为36.3%,斜率效率约为45.8%,在此输出功率条件下测得光束质量M2因子为3.8。     

掺铥光纤激光器在2μm处可调谐

南安普顿大学光电子研究中心的研究人员宣布他们采用双包层掺铥硅光纤已研制成2 μm的高功率可调谐连续波激光器。新激光器从 787nm 36 .5W输入功率产生 1 4 W的单模输出。该激光器输出波长可调 ,已工作在1 .85～ 2 .0 7μm波长范围 ,输出功率为几瓦。图　带有二个激光二极管条的掺铥光纤激光能在 2μm产生高效高功率输出最近对高功率全固态 2μm辐射源很有兴趣。该光谱区对人眼安全 ,因此对遥感应用(如激光雷达和医学应用 )很有用。对于中红外 ( 3～ 5μm)的高效非线性频率转换也很有用。这些应用需要很好的光束质量 ,对有些应用则是必不…     

紧凑型高重频高功率2.06 μm激光器

报道了一种获得紧凑型高重频、高功率2.06 μm激光输出的实验方案并对泵浦过程中脉冲波形稳定性变化进行了简要理论分析。采用794 nm光纤耦合输出Tm∶YAP晶体得到68 W 1.94 μm激光器,其输出激光经光束整形后泵浦Ho∶YLF晶体,并采用声光调Q方式,最终实现平均功率35 W,重频10~15 kHz可调,脉冲波长2.06 μm的激光输出。1.94 μm、2.06 μm谐振腔长度分别为66 mm和90 mm,激光二极管、激光晶体及声光Q开关工作在30 ℃水冷的条件下。方案结构紧凑,热稳定性强,可作为中长波红外光参量激光器小型化有效的泵浦源。     

垂直外腔面发射半导体激光器的双波长调控研究

报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器（Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Laser,VECSEL）及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。     

掺镱全光纤激光器研究

用自制耦合器搭建了全光纤激光振荡器,通过不同的泵浦方式对全光纤激光器进行了实验研究。实验装置中加入包层光剥离器,纤芯/包层分别为20/400 μm的有源光纤作为增益光纤。实验中未加特定的冷却装置,选用2个110 W激光二极管分别进行前向和后向泵浦,在总泵浦功率223.6 W时,前向泵浦方式中获得激光功率输出152.2 W,光-光转换效率69%;后向泵浦方式中,激光功率输出156.5 W,光-光转换效率70%。最后,进行了双向泵浦实验,泵浦光功率443.8 W时,1080 nm近单模激光功率输出311 W,光-光转换效率70%。进一步增加泵浦功率,会获得更高功率的1080nm激光输出。     

高重复频率电光调Q双波长激光器

高重复频率双波长激光器在远程激光测距、光电对抗、激光通信、激光雷达等领域具有重要的应用价值。为了获得高重复频率率双波长激光输出,首先通过高重复频率驱动电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,获得高功率、高重复频率、窄脉冲宽度的线偏振1.06μm激光输出。再利用内腔差频方式,对周期极化晶体钽酸锂(PPLT)进行差频变换,获得1.46μm和3.9μm双波段激光输出。在激光器电源抽运电流25A、调制频率10kHz时,实现40 W的1.06μm激光输出,泵浦PPLT晶体获得最高功率为2.6W的3.9μm和4.2 W的1.46μm激光,差频转换效率为17%。试验结果表明:通过高重复频率电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,可以实现高重复频率、窄脉冲宽度1.06μm光输出,泵浦PPLT可获3.9μm和1.46μm双波长激光输出。     

激光二极管泵浦高效Nd:YVO4激光器特性研究脉冲倍频稳频Nd:YAG环形激光器

报道了激光二极管泵浦高效Nd:YVO4激光器输出功率及波长特性的研究。基频光输出230 mW, 光-光转换效率为45%。对激光输出波长和泵浦功率的关系进行了研究, 发现激光器的输出波长随泵浦功率的平均变化率约为1.05×10 -3 nm/mW。利用KTP腔内倍频获得29.8 mW的绿光输出, 光-光转换效率为12.4%。在脉冲稳频Nd:YAG激光器的基础上, 采用辅助的长脉冲网络泵浦和短而强的主脉冲泵浦相结合, 以F-P共焦腔为参考频标, 通过同步搜索补偿稳频技术和截波技术.获得中心频率稳定、频漂小于10 MHz、脉宽100 μs、峰值功率>100 W的无尖峰结构的0.53 μm稳频绿光输出。     

掺磷光纤拉曼激光器数值模型和实验

介绍了一种以掺磷光纤为增益介质的典型双级拉曼光纤激光器的结构以及数值模型。模拟了利用1061nm的掺磷双包层光纤激光器为抽运，经过双级拉曼频移产生阈值功率约为1W，波长为1480nm的激光输出。     

基于金刚石拉曼转换的光束亮度增强研究进展

具有不同波长的高亮度激光在国防、工业、生命科学等诸多领域发挥着重要作用。但是受限于现有工作物质固有的光谱特性和热物性，传统粒子数反转激光器的波长和输出功率难以兼顾，甚至导致激光在功率提升时光束亮度不升反降。为了克服该难题，近几年人们利用非线性光学技术对光束净化开展了大量研究，即将粒子数反转激光器输出的低光束质量的光束，通过受激拉曼或受激布里渊散射等效应转变为高光束质量激光输出。其中，金刚石晶体以其高拉曼增益系数、极高的热导率和极宽的光谱透过范围等性质，在实现高效率拉曼波长转换的同时展现出优异的光束亮度增强特性，为人们获得高功率、高亮度激光光束提供了新的技术路径。文中对基于金刚石的一阶和级联拉曼转换的光束亮度增强研究进行了综述，并围绕其潜在的应用进行了探讨。     

高功率全固态红绿蓝激光器研究

高功率全固态红、绿、蓝激光器在国防、信息、医疗和科研等领域有着极为广阔的应用前景。然而，同时获得高功率、高光束质量的全固态激光输出是激光研究领域的难点。我们理论分析与实验结合，深入研究了高平均功率、高光束质量全固态激光产生和非线性频率变换中的若干关键技术，包括热效应补偿技术与光束质量改善技术、高效率倍频与和频技术，研制成功了高功率高光束质量全固态红、绿、蓝激光器，输出功率分别为：669nm红光28W、532nm绿光218W和440nm蓝光7．6W。相关激光器已经作为三基色光源用于大屏幕全色激光显示，及高功率参量振荡器的泵浦光源等。     

4.5 W中红外3.1 μm光纤气体激光器

在突破了高功率泵浦激光高效稳定耦合关键技术的基础上,利用～30 W的窄线宽1.5μm光纤激光放大器泵浦一段～8m长、充有300Pa乙炔的空芯光纤,实现了4.5 W的3.1μm波段中红外激光输出,这是目前中红外光纤气体激光器的最高输出功率,对应的光光转换效率(相对于泵浦源功率)约为14%。实验结果表明,光纤气体激光器具备输出高功率中红外激光的潜力。     

3.6W全固态腔内和频Nd∶YVO4橙黄激光器

报道了一种采用光纤耦合激光二极管阵列(LDA)端面泵浦Nd∶YVO4激光晶体、Ⅰ类临界位相匹配BiB3O6(BiBO)腔内和频实现全固态连续橙黄色激光输出的实验结果。波长为593.5 nm的橙黄色激光是由Nd∶YVO4晶体1064 nm和1342 nm双波长非线性和频产生的。当泵浦功率为27.5 W时,得到橙黄色激光最大输出功率3.6 W,光-光转换效率高达13.2%,据我们所知,这是目前利用腔内和频Nd∶YVO4激光器获得593.5 nm橙黄色激光输出的最高效率。