LD端面泵浦的高输出单频Nd:YVO4绿光激光器

用激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd:YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出.在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%.在腔内插入Cr4 :YAG晶体,又获得了脉宽为100ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出.     

V型腔激光器倍频晶体长度分析和实验研究

根据倍频光转换效率公式和腔内倍频的稳态条件,推导倍频光功率密度的最大值和最佳倍频晶体长度的表达式,计算了当腔内损耗为5%,以Nd:YVO4和Nd:YAG为激光晶体时KTP晶体的最佳长度,分别采用Nd:YAG和Nd:YVO4为激光晶体进行实验。在Nd:YVO4/10mmKTP实验中,当泵浦光为15W时,获得了2.67W绿光输出,光-光转换效率达17.8%。     

1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd∶YVO_4激光器(英文)

研制了一种由激光二极管阵列端面泵浦的Nd∶YVO4晶体腔内双波长和频连续波大功率橙黄光激光器。利用I类临界相位匹配LBO,由1 064 nm和1 342 nm内腔和频获得了593 nm橙黄激光。在12 W注入泵浦功率下,获得了1.1 W的TEM00模和低噪声橙黄激光输出,光光转换效率为9.2%,M2因子<1.2,4 h功率不稳定度<±2%。该输出功率是目前腔内和频593 nmNd∶YVO4激光器中最高的。     

1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd:YVO4激光器

研制了一种由激光二极管阵列端面泵浦的Nd:YVO4晶体腔内双波长和频连续波大功率橙黄光激光器.利用I类临界相位匹配LBO,由1 064 nm和1 342 nm内腔和频获得了593 nm橙黄激光.在12 W注入泵浦功率下,获得了1.1 W的TEM00模和低噪声橙黄激光输出,光光转换效率为9.2%,M2因子＜1.2,4 h功率不稳定度＜±2%.该输出功率是目前腔内和频593 nmNd:YVO4激光器中最高的.     

三镜折叠腔绿光激光器热特性分析和实验研究

为了提高固体激光器的热稳定性和光斑质量,讨论了LD泵浦三镜折叠腔绿光激光器的热焦距与泵浦功率、激光晶体长度、泵浦光发散角以及泵浦光聚焦位置的关系.利用谐振腔内往返传输矩阵算法,计算了在不同热焦距下,腔内元件不同长度时,其上的基模半径,理论上很好地实现了输出光斑的像散补偿.在532nm绿光实验中,以Nd∶ YVO4为增益...     

全固态连续波555 nm黄-绿光激光器

报道了全固态连续波555 nm黄-绿光激光器,黄-绿激光分别由Nd:YAG和Nd:YVO₄晶体的946 nm和1342 nm谱线非线性和频产生,两条谱线各自晶体对应的能级跃迁分别为⁴F_3/2-⁴I_9/2和⁴F_3/2-⁴I13/2。实验中采用复合折叠腔结构,利用LBOI类临界位相匹配进行腔内和频,当注入到Nd∶YAG和Nd:YVO₄晶体的泵浦功率分别为12 W和8 W时,获得542 mW的TEM₀₀连续波555 nm黄-绿激光输出,4 h功率稳定度优于±3.7％。实验结果表明,采用Nd:YAG和Nd:YVO₄两种激光晶体进行腔内和频是获得黄-绿激光的高效方法,并可以应用到其它两种激光晶体进行腔内非线性和频,获得更多不同波长的激光输出。     

端面泵浦热传导各向异性激光棒温场特性研究

了解决LD端面泵浦热传导各向异性激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、侧面冷却的Nd:YVO4晶体热模型。考虑到Nd:YVO4为热传导各向异性材料,而光纤耦合LD输出光束有着超高斯分布的特点,利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面泵浦热传导各向异性激光介质温度场的一般解析表达式。并定量分析了超高斯泵浦光阶次、泵浦功率以及光斑尺寸对于Nd:YVO4晶体温度场的影响。新的各向异性介质热传导方程求解方法具有计算量小、精度高等特点。研究结果表明：若LD输出功率为30W,光学聚焦耦合器的传输效率为82%时,4阶超高斯光束端面泵浦掺钕离子质量分数为0.5%的Nd:YVO4晶体,泵浦面获得528.95C的最大温升。所得结果可用于LD端面泵浦热传导各向异性激光介质全固态激光器热稳腔的设计之中,对于提高激光器性能具有了理论指导作用。     

全固态355 nm连续紫外激光器的优化设计

通过优化腔型设计, 实现了LD端面抽运Nd:YVO₄腔内三次谐波转换全固态连续355 nm紫外激光器高效率输出。选用平-凹腔结构并考虑到Nd:YVO₄晶体的热透镜效应、模式匹配、倍频晶体位相匹配等因素对输出功率的影响,对谐振腔长进行了详细的分析计算。在激光谐振腔内, 1 064 nm的基频波经KTP晶体倍频产生532 nm激光,二者再经LBO晶体和频获得了355 nm紫外激光。当LD抽运功率为3 W时,355 nm连续紫外激光输出功率达6.4 mW。与折叠腔进行比较,发现在小功率抽运情况下,直腔结构紧凑、易于调节、输出功率较大。     

三镜直腔结构MgO∶PPLN高效连续光参量振荡器

为了优化MgO:PPLN连续光参量振荡器(OPO)的输出特性,对三镜直腔结构的内腔式OPO系统进行腔结构设计,对其同时输出高效的信号光和闲频光进行研究。采用半导体激光端面抽运Nd:YVO4晶体实现连续的1064 nm激光为基频光。对比分析了基频激光腔和OPO腔各腔镜分别采用平面镜或平凹镜的三种腔型结构的激光输出特性。基于30.5 μm的极化周期和12.4 W入射抽运功率时,获得了最高输出功率3.92 W（信号光2.6 W和闲频光1.32 W）,转化效率31.6%的激光输出,对应的信号光和闲频光的中心波长分别为1549 nm和3394 nm。结果表明三个腔镜均采用平凹镜时,可有效的压缩基频激光腔在MgO:PPLN晶体上的光斑,提升基频激光的功率密度,而且基频激光腔和OPO腔的基模光斑在MgO:PPLN晶体上更好的匹配,从而提升变频效率。     

全固态复合内腔和频570nm连续波黄光激光器

研制了全固态连续波570nm黄光激光器,黄激光分别由两片Nd:YAG的1444nm和946nm谱线非线性和频产生,两条谱线分别对应各自的晶体能级跃迁4F3/2-4I15/2和4F3/2-4I9/2。实验采用复合腔结构,利用KTP晶体II类临界相位进行内腔和频。测量了570nm黄激光输出功率随泵浦功率的变化,结果表明,当注入到两片Nd:YAG晶体的泵浦功率分别为24W和15W时,获得了560mW的连续波570nm黄激光输出,其4h功率稳定度优于±2.8%。在输出功率为560mW时,采用光束质量分析仪测量了激光输出光斑质量,结果显示,在570nm最大和频激光输出时的光束质量因子M2为2.3。所提出的复合内腔和频技术可为新波长激光器的发展提供参考。     

激光分布对抽运Nd:YVO4晶体热效应的影响

以解析各向异性分析理论为基础,研究矩形横截面Nd:YVO4激光晶体受到超高斯分布LD端面抽运时,激光晶体温度场分布和晶体抽运面热形变分布。通过激光晶体工作特点分析,考虑了激光分布和激光光束半径变化,建立了符合激光晶体工作状态的热模型。利用各向异性介质热传导方程的一种新求解方法,得出了矩形截面Nd:YVO4晶体的温度场、端面热形变场的通解表达式。研究结果表明：当使用输出功率为15W半导体激光器（超高斯阶次为1）端面中心入射Nd:YVO4晶体（晶体掺钕离子质量分数为0.5%）时,在抽运端面中心获得243.8C最高温升和1.99m最大热形变量,与实验结果一致。这种方法可以应用到其它激光晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

高重频短脉冲输出的增益开关型Nd~(3+)∶YVO_4微片激光器

以直流偏置叠加脉冲电流驱动的半导体激光器(LD)作为抽运源,端面抽运Nd3+∶YVO4平-平腔微片激光器。利用增益开关技术,调节LD驱动电流的幅值、脉宽可改变输出激光的脉宽,改变LD驱动电流的重复频率可改变输出激光的重复频率,实现了单模稳定、可控高重复频率的小型、全固化短脉冲激光器,可作为理想的脉冲激光种子光源,应用于激光测距、激光雷达等领域。     

高重频短脉冲输出的增益开关型Nd^3＋：YVO4微片激光器

以直流偏置叠加脉冲电流驱动的半导体激光器(LD)作为抽运源,端面抽运Nd3+∶YVO4平-平腔微片激光器.利用增益开关技术,调节LD驱动电流的幅值、脉宽可改变输出激光的脉宽,改变LD驱动电流的重复频率可改变输出激光的重复频率,实现了单模稳定、可控高重复频率的小型、全固化短脉冲激光器,可作为理想的脉冲激光种子光源,应用于激光测距、激光雷达等领域.     

基于掺镁周期极化铌酸锂晶体的内腔单共振连续可调谐光参量振荡器

为了用简单、紧凑的谐振腔获得稳定的激光输出,大的调谐范围和转换效率,设计了信号光单共振V型光学参量振荡(OPO)腔,采用内腔式抽运周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN)的光学参量振荡技术获得了连续中红外宽波段调谐激光的输出.用808 nm半导体激光抽运Nd:YVO4晶体产生的1 064 nm激光作为光参量振荡的基频光,通过V型腔灵活控制激光光斑并改变PPMgLN的极化周期和控制温度实现了2 249～3 706 nm中红外的连续宽波段调谐激光输出.在半导体激光抽运功率为10.5W,极化周期为29.98μm,控制温度为411 K的情况下获得了最高650 mW的中红外激光输出,对应的中心波长为3 466 nm,线宽为2.6 nm,具有较好的单色性.在7.5W的入射功率下,最高808 nm抽运光到闲频光的转化效率达7.73％,对应输出功率为580 mW.     

全固态单纵模593.5 nm和频激光器

利用法布里-珀罗(F-P)标准具选频实现了单纵模593.5 nm激光和频输出。采用单块Nd:YVO₄晶体,通过对谐振腔输出镜膜系的设计与优化,在两镜线性腔中实现了稳定的1 064 nm与1 342 nm双波长振荡。放入I类位相匹配和频晶体LBO进行腔内和频时,抽运功率为2 W可获得52 mW的593.5 nm橙黄色激光输出,但输出光束噪声较大,其RMS噪声为6.8%。在腔内加入400 μm厚熔融石英标准具进行选频,实现了单纵模593.5 nm激光输出,单纵模线宽为600 MHz,输出功率为34 mW,RMS噪声降为0.3%,实现了低噪声输出。实验结果表明,在和频过程中,利用一块标准具对两个波长同时进行选频是获得单纵模和频光的有效方法。     

端面泵浦热传导各向异性激光棒的温度场

为了解决LD端面泵浦热传导各向异性激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、侧面冷却的Nd:YVO_4晶体热模型.考虑到Nd:YVO_4为热传导各向异性材料,而光纤耦合LD输出光束有超高斯分布的特点,利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面泵浦热传导各向异性激光介质温度场的一般解析表达式,并定量分析了超高斯泵浦光阶次、泵浦功率以及光斑尺寸对Nd:YVO_4晶体温度场的影响.研究结果表明,若LD输出功率为50 W,光学聚焦耦合器的传输效率为82%,用四阶超高斯光束端面泵浦掺钕离子质量分数为0.5%的Nd:YVO_4晶体时,泵浦面可获得528.95 ℃的最大温升.所得结果可用于LD端面泵浦热传导各向异性激光介质全固态激光器热稳腔的设计,对于提高激光器性能具有理论指导作用.     

计算机模拟双折射滤光片抑制绿激光器噪声

结合Nd:YVO4激光器自身的特点及双折射滤光片的选波长作用,提出以控制晶体的厚度及光轴的夹角来实现单模振荡.经计算机模拟,分析其滤波效果,证明用双折射滤光片解决"绿光问题"是可行的.YVO4和KTP晶体的厚度分别为d1=0.532mm,d2=4.457mm;调谐角分别为13.3°、27.0°.     

激光二级管泵浦KTP腔内和频激光器及噪声特性的分析

给出了采用了激光二极管泵浦Nd:YVO₄晶体产生1064nm与1342nm双谱线振荡的实验研究,通过KTP晶体II类相位匹配腔内和频产生输出波长为593.5nm的橙黄色激光的实验.在不同泵浦功率下,测量和分析了该激光器的噪声特性.根据和频激光器输出的纵模结构测量结果与和频光耦合波方程,研究了和频激光器的噪声与参与和频的基频光纵模之间的关系.结果表明:对于激光二极管泵浦Nd:YVO₄激光晶体,KTPII类位相匹配腔内和频激光器,如参与和频的2个波长中有一个波长为单纵模工作,尽管和频光输出为多个纵模,该激光器的输出仍为低噪声状态.如参与和频的2个波长全为多纵模,和频光输出为高噪声状态.在腔内和频过程中,虽然没有倍频过程中的和频引起模式竞争,但参与和频2个基频光的不同模式间的交叉和频和同一波长的不同模式间的增益饱和,也产生了与绿光问题类似的输出噪声和不稳定状态,但噪声特性要好于同类的腔内倍频激光器.     

高平均功率腔内和频蓝光Nd∶YAG激光器

高平均功率蓝光激光是当前固体激光技术研究热点之一。尽管通过 Nd3+的4F3/2→4I9/2态谱线倍频可获得瓦级蓝光输出,然而其准三能级物理特性严重限制其更高功率输出。研究了 Nd3+ 离子4F3/2→4I13/2态1.3μm谱线腔内三倍频产生高平均功率蓝光激光,获得4.3 W蓝光激光输出,重复频率 3.5kHz,脉冲宽度150±10 ns,光束质量M2 因子约为5±1。研究表明:Nd∶YAG晶体1.3μm多谱线振荡是制约实验结果的重要因素,若克服多谱线振荡问题,有望获得10 W级蓝光激光输出。     

腔内倍频准三能级与四能级激光器噪声特性的比较

利用同种激光晶体Nd∶YAG和同种倍频晶体LiB₃O₅(LBO)分别构成蓝光(473 nm)与绿光(532 nm)激光器并进行了噪声特性研究。分析了腔内倍频准三能级与四能级激光器噪声的不同机理。实验发现:在输出功率为50 mW的情况下,腔内倍频准三能级激光系统的倍频光噪声为120%,比腔内倍频四能级激光器噪声大得多,后者在输出功率为60 mW的情况下,激光噪声在5%以下。针对准三能级倍频激光器的这种特点,采用耦合微分方程组模型进行了分析。结果指出,问题的根源在于准三能级激光系统中具有较大的再吸收损耗,如果能够适当控制该损耗,准三能级激光系统的倍频噪声问题便会得以改善。