LD端面抽运1.1x μm全固态连续拉曼激光器

报道了采用LD端面抽运的BaWO4晶体内腔式连续拉曼激光器和复合YVO4晶体连续自拉曼激光器的实验研究。考虑了激光晶体的热效应,采用等效G参数法计算了谐振腔内的腔模参数,从谐振腔结构、泵浦光斑大小以及晶体的选择方面对激光器系统进行了优化设计,对不同腔结构的全固态连续拉曼激光器的性能进行了研究。选用拉曼增益高、热性能较好的BaWO4晶体作为拉曼介质,实现了LD端面泵浦Nd:YVO4/BaWO4内腔式、低阈值、高效率和高功率的拉曼激光在1 180nm的连续运转。在25.5 W的泵浦功率下,获得了3.36W的1 180nm连续拉曼光输出,光光转换效率为13.2%,斜效率为15.3%,拉曼阈值为3.6 W。通过选用复合晶体作为自拉曼介质使连续拉曼激光器的热效应显著改善,实现了LD端面泵浦连续自拉曼激光器在1 175nm的高效运转。在25.5W的泵浦功率下,获得了最高3.4W的1 175nm连续拉曼光输出,光-光转换效率为13.3%,拉曼阈值降低至2.21W,斜效率为14.6%。     

低频移拉曼模式多阶级联的1.7 μm激光器

基于固体介质的拉曼频率变换是产生新波段激光的有效技术方案。利用1572 nm KTP光参量振荡器腔内泵浦KGW晶体,实现了1616 nm （2阶）、1638 nm （3阶）、1662 nm （4阶）、1686 nm （5阶）、1711 nm （6阶）拉曼激光输出,其中1711 nm占据主导地位。激光器最大总平均输出功率为1.13 W,最小脉冲宽度为20 ns。该多阶级联拉曼变频对应的单阶平均拉曼频移为86 cm?1,与文献报道的KGW晶体低频拉曼模式相吻合。采用1572 nm KTP光参量振荡器作为拉曼激光器的腔内泵浦源有两个优势,一方面可以有效拓展拉曼变频的输出波长,另一方面可以基于光参量振荡器的脉冲窄化特性为后续多阶拉曼转换提供高强度的泵浦光。通过引入多阶级联拉曼变频的方案,为有效利用固体介质非常规低频移拉曼模式提供了新思路。     

880nm同带泵浦的高效率Nd:YVO4自拉曼激光器

利用880 nm半导体激光器同带泵浦声光调Q Nd:YVO4自拉曼激光器,以减轻热效应对泵浦功率的限制和对拉曼增益的影响,获得高效的1 176 nm一阶斯托克斯光输出。使用两块长度10 mm的Nd:YVO4晶体作为增益介质,脉冲重复频率190 kHz时,在26.8 W入射泵浦功率下获得6.11 W的平均输出功率,光光转换效率22.8%。实验研究了拉曼增益介质长度对输出功率和转换效率的影响,并对自拉曼激光器输出功率曲线中出现凹陷的原因进行分析,认为凹陷并非源自谐振腔稳定性,而是由于增益较弱的斯托克斯光对于谐振腔失调的敏感性所致。对照试验结果显示,与808 nm传统泵浦方式相比,880 nm同带泵浦下自拉曼激光器的输出功率和转换效率得到明显提高。     

多波长红光金刚石拉曼激光器

全固态红光激光器在激光显示、全息存储以及医疗领域有着重要应用，其中多波长红光激光器还可用于差频产生太赫兹辐射。基于三阶非线性效应受激拉曼散射的拉曼激光器是一种突破粒子数反转激光器有限发射光谱制约进而拓展激光波长的有效手段，即能够将注入的单一波长泵浦光直接拓展至一个或几个全新波段。笔者团队研制了一台绿光泵浦的多波长级联金刚石拉曼激光器，利用波长为532 nm、脉冲宽度为11.43 ns的激光作为泵浦源，通过将一阶Stokes黄橙光(573 nm)锁定在振荡器中，实现了红光波段的二阶、三阶和四阶(620 nm、676 nm和743 nm)级联拉曼激光输出，对应三个波长的脉冲宽度分别为10.41、3.75、2.45 ns，总输出能量为0.6 mJ，光光转换效率为36.38%。结果表明，凭借金刚石晶体优异的光学特性和拉曼性质，可见光泵浦的金刚石拉曼激光器对于实现高功率全固态小型化多波长红光激光输出具有巨大潜力。     

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。     

1064nm纳秒脉冲激发的PbWO_4固态拉曼放大器

研究了外腔钨酸铅(PbWO4)拉曼激光器的输出特性,介绍了由1064nm纳秒脉冲激发的PbWO4固态拉曼放大器。实验所用的抽运源是电光调Q的Nd…YAG纳秒激光器。对于外腔PbWO4拉曼激光器,当入射抽运脉冲能量为40mJ时,实验测得一阶斯托克斯脉冲的最大转换效率为13%,当入射抽运脉冲能量为48mJ时,实验得到包括一阶斯托克斯脉冲在内的总散射光的转换效率为34%,获得的二阶斯托克斯脉冲的转换效率为23%。PbWO4拉曼放大器是对外腔PbWO4拉曼激光器产生的一阶斯托克斯脉冲进行放大,实验获得的放大后一阶斯托克斯脉冲的最大输出能量为11mJ,放大倍数为3.3。     

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。     

BaWO4晶体的高效受激拉曼散射

采用腔外单次通过方式,实现了BaWO4晶体的高效受激拉曼散射(SRS).当抽运光为532 nm皮秒激光脉冲时获得了5级斯托克斯线(559.64 nm,590.26 nm,624.42 nm,662.76 nm,706.18 nm)和3级反斯托克斯线(463.42 nm,484.24 nm,507.04 nm),测量了BaWO4晶体各级拉曼散射谱线的阈值和增益系数,受激拉曼散射的整体转换效率高达78%.当抽运光为355 nm皮秒激光脉冲时观察到3级斯托克斯线(366.52 nm,379.40 nm,393.22 nm),根据一级斯托克斯线的抽运阈值得到相应的拉曼增益为51.8±2.7 cm/GW.实验表明BaWO4晶体具有易生长、透光波段宽、抗光损伤能力强、增益系数大等优点,有望在全波段可见激光的产生方面获得重要应用.     

310 nm紫外固体拉曼激光器

利用偏硼酸钡（BBO）倍频晶体,实现了1064 nm激光泵浦金刚石拉曼激光器的高重复频率紫外激光脉冲输出。搭建了腔内倍频金刚石拉曼激光器,实现了620 nm激光输出。当1064 nm泵浦光的功率为4.0 W时,620 nm输出激光的功率为550 mW,转换效率约为13.7%。通过BBO晶体腔外倍频,获得了平均功率约为48 mW的310 nm紫外激光脉冲输出,脉冲重复频率为2 kHz,脉冲宽度约为761.8 ps,倍频效率约为8.7%。     

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。     

Highly efficient picosecond Raman generators based on the BaWO/sub 4/ crystal in the near infrared, visible, and ultraviolet

The stimulated Raman scattering process in a BaWO/sub 4/ crystal was employed to frequency downshift the first, second, and third harmonics of a Nd:YAG actively-passively mode-locked laser system. Single-pass, double-pass, and external cavity configurations were investigated for this purpose. In each experimental arrangement, the Stokes radiation properties were characterized regarding energy, beam profile, spectrum, and temporal development. The peak pump-to-first-Stokes conversion efficiency was measured to be 55% in the near infrared and 85% in the visible spectral region. The BaWO/sub 4/ picosecond Raman gain at a pump wavelength of 355 nm was measured to be 38 cm/GW, and a 15% conversion efficiency was achieved. A study of the Raman-cavity output beam profile development as a function of pumping energy was conducted. This work shows that the BaWO/sub 4/ crystal can be used in picosecond solid-state laser systems as an efficient frequency converter with a wide range of pump radiation wavelengths.     

LD端面抽运Nd:YLF/Nd:YAG多波长脉冲激光器

报道了一台激光二极管(LD)双端面抽运Nd:YLF和Nd:YAG双晶体串接多波长输出脉冲激光器。在抽运能量40.5mJ,电光调Q重复频率500Hz的工作条件下,获得单脉冲能量约为6mJ的1064nm/1053nm双波长激光脉冲输出,光-光转换效率约为14.8%。相同抽运条件下在腔内插入I类相位匹配LBO晶体作为非线性频率转换器,获得了脉冲总能量为3.6mJ的526.5、529.0、532.0nm三波长同时输出,由抽运光到输出绿光脉冲的转换效率约为8.9%,测得光束质量因子分别为M2x=1.61,My2=1.25。     

连续调谐波导型H_2受激振动喇曼散射的研究

设计和研制了一台石英毛细管波导型H_2喇曼池,用450nm染料激光研究了H_2的受激振动喇曼散射,测定了一阶Stokes波输出能量与H_2气压之间的依赖关系。最高能量转换效率为20％。用Oxazine-1染料激光作泵浦源获得三阶Stokes信号,得到的红外喇曼散射最长波长达6.57μm。     

单纵模Littman式谐振腔高效率Ti：Sapphire脉冲激光系统

报道了由Ｌｉｔｔｍａｎ式腔结构振荡器和一级单通放大器组成的高效率Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ激光系统。泵浦激光（５３２ｕｍＮｄ：ＹＡＧ）能量为１４０ｍＪ／ｐｕｌｓｅ时，该系统在８００ｕｍ附近单纵模输出为２２．５ｍＪ／ｐｕｌｓｅ。转换效率为１６％。讨论了Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ的放大特性及此类系统的泵浦光聚焦位置等问题。     

斯托克斯光种子法固体相干反斯托克斯拉曼频移器的理论研究

以波动方程和受激拉曼散射(SRS)物质方程为基础,采用光种子法,建立了固体相干反斯托克斯拉曼频移器的归一化耦合波方程,研究了晶体中反斯托克斯光转换效率。在脉冲抽运条件下分析了归一化增益系数G、归一化相位失配系数ΔK以及一阶斯托克斯光种子的归一化光场振幅ψs0三个变量对固体相干反斯托克斯拉曼频移器的影响,并作出了一系列相应曲线,由所得曲线估算了各归一化变量的合理取值范围。分析结果表明,在ΔK=0时,通过增大sψ0来打破拉曼增益抑制的影响,其转换效率峰值可达到44%。而当sψ0较弱时,可选取合适的相位失配系数,反斯托克斯光转换效率可达40%。     

高效率、高能量、皮秒可见光参量放大器

为了提高皮秒可见光参量产生/放大器(OPG/OPA)的转换效率及输出能量, 采用走离补偿结构和镜片膜系特殊设计等方法进行了实验验证。研究了在不同的抽运能量下OPA信号光的光束质量因子M2的演化过程和信号光在430nm~680nm内的调谐输出性能。结果表明, 在6.9mJ的355nm抽运能量下, 最高获得了2.7mJ的510nm信号光能量输出, 对应的光光转换效率为39.1%, 光子转换效率为56.2%;该方法可以有效提高OPG/OPA的输出能量和转换效率。该研究对紫外和深紫外晶体的表征是有帮助的。     

A broadly tunable NH3Raman FIR laser

The generation of broadly tunable FIR laser emission by pumping Raman transitions in NH3with 300 mJ, 50 ns duration pulses from a continuously tunable CO2laser is reported. FIR laser outputs up to 4 mJ and a photon conversion efficiency as high as 16 percent have been obtained.     

Scalable visible Nd:YAG pumped Raman laser source

Experimental and analytical studies of a 60 Hz, 0.45 W, 630 nm Raman laser source with a 12 ns pulse duration have demonstrated an overall electrical to optical efficiency of 0.12 percent. This is the first demonstration of a short pulse, high repetition rate red laser at such a high average output power without the need for a visible pump laser. Additional significance arises from the fact that simple extensions of the present work will produce many wavelengths in the visible and near infrared (IR) spectral region. A 1064 nm Nd:YAG pump laser operating at 60 Hz was used to pump a methane gas Raman laser operating at 1544 nm. This wavelength was mixed with the remaining 1064 nm laser output in noncritically phase matched lithium niobate to produce 630 nm radiation. The optical energy conversion efficiencies for the three steps were 1.4, 30, and 20 percent, respectively, for output energies of 86 mJ at 1064 nm, 15 mJ at 1544 nm, and 7.5 mJ at 630 nm. rms pulse amplitude variation measured 6 percent or less. A 10.7 million pulse life test was conducted, and the average output energy did not vary more than ±10 percent from its initial value.     

晶体拉曼放大器的理论解析

晶体拉曼放大器是获得高光束质量、高光谱纯度、高功率拉曼激光的重要途径。通过引入四个归一化综合参量,推导出了外腔拉曼放大器的归一化输运方程组。通过数值求解该输运方程组得到了描述拉曼放大器运转的一组普适理论曲线;分析了复合归一化变量对拉曼放大器性能的影响;研究了晶体拉曼放大器放大率、放大后拉曼脉冲形状、光-光转换效率等参量在泵浦脉冲功率密度、泵浦脉冲与被放大脉冲相对宽度、泵浦脉冲与被放大脉冲时间重叠性等条件的变化规律。用实验数据对归一化理论进行了验证,结果表明,理论结果与实验数据相吻合,证明了文中理论计算的正确性和可行性。