可调谐声光调Q CO2激光器

摘要：利用调Q脉冲激光器速率方程计算了自行设计的声光调Q小型CO2激光器的主要技术参数,分析了影响声光调Q CO2激光器输出的主要因素,提出了优化设计的途径和方法,实验结果与理论计算基本一致。经优化设计的激光器脉冲重复频率达1Hz～50kHz, 1kHz时在获得脉宽180ns,峰值功率4062w的激光输出,并利用光栅实现了激光输出波长的连续调谐,波长调谐范围9.2μm～10.8μm,该激光器在激光测距、环境探测及空间通讯等领域具有广泛的用途。     

1.0μm掺钕介质全固化调Q脉冲激光技术

以量子阱激光二极管(LD)为泵浦源、三价钕离子(Nd³⁺)晶体为增益介质、发射波长在1.0μm附近的全固体脉冲激光器团结构紧凑、性能可靠,而能够在许多方面得到广泛的应用.本文介绍了近年来这种全固化调Q激光技术的发展与运用,主要有主动(电光、声光)调Q激光器、被动调Q激光器等.实验表明,将Cr⁴⁺:YAG为代表的掺四价铬离子晶体作为被动调Q元件,能够实现这一波段内高重复率和高峰值功率的脉冲运转,为全固化低成本、中小功率/能量输出的脉冲激光器指出了一条具有实际意义的道路.     

量子阱二极管泵浦的Nd:YVO4/Cr:YAG高重复率被动调Q激光器

量子阱二极管端面泵浦的Nd:YVO₄激光器中,采用Cr:YAG作为可饱和吸收体,获得了1.06μm的高重复率被动调Q脉冲激光输出.在吸收泵浦功率528.3mW时,输出脉冲能量0.19μJ,宽度32ns,脉冲重复率达158.7kHz.     

纳秒声光调Q光纤激光器产生超连续谱

根据现有生成超连续谱方案的不足,搭建了一台全光纤结构的纳秒声光调Q激光器。该激光器中心波长为1 064.3nm,重复频率为20kHz,脉冲宽度为250ns;经过一级放大得到的输出功率为13.02 W。将信号光耦合进自行研制的高功率模场适配器(MFA),得到了10.7 W的信号光输出,耦合效率高达82.2%。将MFA与光子晶体光纤(PCF)熔接,得到了平均功率为5.43 W的超连续谱输出,光谱覆盖为900~1 700nm。由于实验采用的声光调制器(AOM)脉宽较宽,导致泵浦光峰值较低,非线性效应较弱,未能使超连续谱向可见光展宽。因此,建议采用较窄脉宽的AOM作为调Q元件来实现高峰值功率输出,以改善纳秒脉冲PCF产生的超连续谱特性。     

Nd3＋：YAG脉冲固体激光器的研制

本论文结合实验需要,根据激光器的基本原理设计了一套脉冲固体激光系统。通过本论文。对固体脉冲激光器的一些基本原理。基本组成。调Q理论和选模理论有了更清晰的认识,并基本掌握了Nd3＋：YAG脉冲激光器选择输出模式的方法。     

工程陶瓷激光切割工艺的试验研究

研制了机械斩光盘式调Q脉冲CO2激光器,获得了高峰值功率、短脉宽、高重复频率和较高的平均功率的脉冲激光输出。用此激光器,对以热压烧结Si3N4为代表的工程陶瓷进行了切割试验,运用高切割速度多次重复走刀切割工艺,获得了无裂纹的精细切口。对微裂纹的形成和消除从理论上进行了分析。     

2.79μm高速转镜调Q Er,Cr:YSGG纳秒窄脉冲激光器

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为核心的高速转镜调Q控制系统,通过精确单片机解析串口屏指令控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过对转镜脉冲信号整合降频控制氙灯放电时刻,实现对延迟时间的精准控制,实现了灯泵Er,Cr:YSGG激光纳秒窄脉冲调Q输出。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。     

LD端面泵浦Nd∶LiGd(MoO4)2晶体的主动调Q脉冲激光特性

加工了不同切向的Nd∶LiGd(MoO4)2晶体,测量并分析了它们的连续和主动调制激光特性.实验采用激光二极管(LD)端面泵浦的两镜直腔,其输出镜的耦合透过率为2％.在连续运转条件下,a切和c切晶体的最大输出功率分别为733,550 mW,对应的光光转换效率分别为11.3％和6.7％.在声光调Q脉冲运转条件下,a切和c切晶体的最大平均输出功率分别为180,135 mW,对应的光光转换效率分别为2.8％和1.7％.当重复频率为10 kHz时,获得了最佳的脉冲实验结果,即:最大单脉冲能量和最高峰值功率来自a切晶体,分别为15.8J和85 W;最小的脉冲宽度来自c切晶体,为153 ns.实验结果还显示,不同切向的Nd∶LiGd(MoO4)2晶体具有不同的输出波长,a切晶体为1 061 nm,c切晶体为1 068 nm,这种多波长发射特性有助于该类晶体在THz波领域的应用.     

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.     

基于Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体的被动调Q激光器

为了研究键合晶体在被动调Q激光器上的应用优势,采用Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器,获得了高效的1 030nm和515nm脉冲激光。实验研究了泵浦功率和初始透过率T0对各项激光性能的影响,结果在T0=95%时得到了平均功率为1.97 W的1 030nm激光,对应33%的斜效率,而当T0=85%时输出的1 030nm脉冲峰值功率高达87kW,脉冲宽度低至3.14ns。另外在与LBO的倍频实验中,用T0=90%的键合晶体获得了较高的绿光输出功率634mW,对应11.2%的斜效率和15ns的脉冲宽度。最后还研究了光谱的红移和输出镜的漏光现象,找出进一步提高绿光功率的方法。     

Compact CO2 laser for infrared heterodyne radar

A compact CO(2) laser has been developed for field use as part of an infrared heterodyne radar. The laser, which contains a separate local oscillator, transmits 10.5 W cw or 7 W average in the electrooptically Q-switched mode at a repetition rate of 50 kHz. The applicability of this laser to active imaging is discussed.     

调Q脉冲CO2激光切割Si3N4工程陶瓷的机理研究

采用调Q脉冲CO2激光器对Si3N4工程陶瓷进行了切割试验.在计及切口烧蚀前沿形状和高斯光束空间能量分布的前提下,采用简化的二维模型,针对气化切割过程,在能量平衡基础上,建立了一个脉冲激光切割数学模型.试验结果表明,采用高速多次重复走刀工艺可实现无损伤激光切割.     

CO激光在非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应（英文）

为了获得2.15～1 500μm的相干光源,研究了CO激光在高质量非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应。为了提高转换效率,在激光锁模方式下对CO激光器的二次谐波、和频和差频的产生进行了研究。结果显示,利用GaSe晶体和ZnGeP2晶体,调Q多谱线CO激光辐射的谱线内倍频效率分别大于0.3%和1.1%。采用ZnGeP2晶体进行倍频时,可调谐锁膜CO激光器的转换效率为12.5%。模拟结果显示,二次谐波与和频产生的输出光谱相同。相邻谱线下,和频和差频的产生过程中,基波和一次谐波可以分别在4.0～5.0μm和100～≥1 200μm(太赫兹范围)形成振荡。利用锁模CO激光器在ZnGeP2晶体中的混频效应,可以得到2.15～≥1 500μm的相干光源,同时转换效率可达到甚至高于12.5%。     

垂直腔面发射激光端面泵浦的高能量调Q Nd:YAG激光

采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比,垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点,更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时,产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出,光光转换效率达到22.5%,激光脉宽为8 ns,发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度,通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益,从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡,为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。     

The laser dressing of resin-bonded CBN wheels by a Q-switched Nd: YAG laser

Resin-bonded cubic boron nitride (CBN) grinding wheels are widely used in industry due to their good grinding ability. There is, therefore, a need to find a good method suitable for the dressing of these wheels. This paper presents a new method dressed by an acoustic-optic Q-switched Nd: YAG laser based on thermal interaction, which is unlike the conventional mechanical dressing methods based on force interaction. The mechanism of the selective removal of the bond was analysed. Experiments of a single pulse ablation on the resin bond and the CBN grains, and the laser dressing of resin-bonded CBN wheels with different dressing parameters have been carried out. The grinding force has been compared for the conventional mechanical dressed wheel and the laser dressed wheel. It is shown that the resin-bonded CBN grinding wheel is suitable for an acoustic-optic Q-switched Nd: YAG laser dressing with radial irradiation, which is better than a continuous wave (CW) laser dressing with radial irradiation and conventional mechanical dressing methods.     

调Q激光烧蚀具有升华特性物质的模型及应用

建立了调Q激光烧蚀具有升华特性物质的数学模型,据此模型计算了不同脉宽与峰值功率的调Q激光烧蚀氯化硅的去除效率,结果表明,更高的峰值功率与更短的脉宽有利于减小激光烧蚀的热影响区及保持烧蚀表面的质量完整.计算结果与试验结果趋向一致.     

小型脉冲固体激光器输出特性的实验研究

为考察输入能量、输出镜透过率、谐振腔腔长、调Q方式等因素对小型脉冲固体Nd∶YAG 激光器输出能量的影响,进行了实验研究.结果表明输入能量是影响输出能量的最大因素;当输入能量一定时,存在最佳腔长与最佳输出镜透过率;采用Cr∶YAG晶体调Q后的输出能量始终高于采用BDN染料片调Q后的输出能量.     

超硬磨料砂轮激光修整试验系统的研究

设计了一套以声光调QYAG激光的连续输出光作为测量光源 ,采用光学三角测量在线检测的三维激光烧蚀精密加工系统 ,并以该系统进行超硬磨料砂轮修整试验 ,从而找到了超硬磨料砂轮激光精密修整的新方法