高功率1342nm全固态激光器的设计及实现

为减小激光介质热效应,进一步提高全固态1 342nm激光器的输出功率,文中研究了激光介质横向尺寸和热效应之间的关系,实验中选用复合式Nd∶GdVO4晶体为激光介质,并采用平凹谐振腔实现1 342nm波段激光.研究结果表明:热效应正比于激光介质的横向尺寸,可以通过减小激光介质横向尺寸以提高激光器输出功率.实验测得优化的激光介质最大输出功率为9.4 W,转化效率为32.4%,较前期激光器输出功率提高38%.     

Nd∶GdVO_4晶体激光性能实现及转化效率优化

为实现Nd∶GdVO4晶体1 342nm波段激光功能,并提高激光转化效率,设计了简易平凹谐振腔,通过适当减小激光介质中泵浦光平均光斑半径,优化激光介质中振荡激光光斑和泵浦光斑之间的模式交叠比率以提高激光转化效率,实验结果表明:最大激光输出功率为6.8W,光-光转化效率达34%.     

固体激光器中泵浦光束尺寸优化

热效应是限制固体激光器输出功率提高的关键因素,为进一步减小热效应,研究了热致衍射损耗和泵浦光束半径之间的关系,引入了激光介质实际温度因子.实验中选用Nd∶GdVO4为激光介质,并通过简易平凹谐振腔实现1 342nm波段的红外激光.研究结果表明:在激光介质实际温度的影响下,热致衍射损耗为泵浦光束半径的显著减函数.可以通过优化泵浦光束半径减小热致衍射损耗并提高激光器输出功率.优化的泵浦光束半径为300μm,对应的输出功率为10.4 W,较前期激光器输出功率提高10%.     

大功率衍射极限准连续1.34μm激光器研究

采用两台大功率光纤输出半导体激光器端面泵浦两块Nd∶ GdVO4晶体,以声光Q开关作为腔内调制元件,用对称结构双晶体串接平行平面谐振腔.在注入泵浦功率为66 W,重复频率为100 kHz时,获得10 W的大功率准连续1.34 μm激光输出,斜率效率为18.3%,脉冲宽度为96 ns,激光输出光束发散角约为衍射极限的2倍.     

ReSe2连续波锁模Nd:YVO4腔内倍频绿光激光器

为了发展新型二维材料在倍频锁模激光器中的应用,本文采用ReSe_2二维材料作为可饱和吸收体锁模元件,研究二极管端面泵浦Nd:YVO_4腔内倍频绿光固体激光器,获得兆赫兹高重频、纳秒窄脉宽的绿光脉冲激光输出。采用紧凑V型腔设计和腔内倍频方案,实现1 064 nm基频光的被动锁模振荡,结合非线性晶体LiB_3O_5和KTiOPO_4完成二次谐波频率变换,产生532 nm倍频激光脉冲。在LiB_3O_5晶体倍频作用下,连续波锁模脉冲绿光输出的重复频率为87.51 MHz,脉冲宽度为3.5 ns,平均功率可达到240 mW。在相同条件下,利用KTiOPO_4晶体倍频作用,最大输出功率可超过470 mW。研究结果为发展高采样率水下激光探测技术提供了可用的绿光脉冲源。     

全固化自锁模飞秒激光器实验研究

采用结构紧凑的固体二极管泵浦内腔倍频的Nd：YVO4激光器作泵浦源,长度为3mm的钛宝石晶体作增益介质,利用石英棱镜对腔内色散进行补偿,在腔内未加其它任何调制、振荡或启振元件时实现了全固化飞秒激光器的软光阑自锁模稳定运转,测得脉冲的中心波长为816nm,光谱半宽为85nm,可支持的变换极限脉冲宽度约7．8fs,动态测量分析了自锁模对激光器运行特性（含输出功率,光斑强度分布等）的影响。     

双端抽运矩形截面Nd:GdVO4晶体热效应研究

以解析分析为基础,研究矩形横截面Nd:GdVO4晶体受高斯分布激光双端面中心入射时温度场以及抽运面热形变分布情况.通过对半导体激光双端面泵浦Nd:GdVO4晶体工作特点分析,建立了符合激光晶体工作状态的热模型,并利用热传导方程新的求解方法,得出晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式,同时对影响激光晶体温度场分布各种因素进行了定量研究.研究结果表明:当使用输出功率为15 W半导体激光器双端面中心入射时,在抽运端面中心获得214.8℃最高温升和2.73μm最大热形变量.这种方法还可以应用到其他激光晶体热问题研究中,为解决激光系统热问题提供了理论依据.     

V型折叠双通Nd:YAG介质LD脉冲侧面泵浦激光器

为了使振荡光束在谐振腔往返周期内四次通过Nd:YAG晶体,搭建了V型折叠双通LD脉冲侧面泵浦激光器实验平台。首次与往返周期内两次通过Nd:YAG介质的普通直腔激光器的激光输出特性进行对比分析。实验结果表明,在注入能量55mJ,输出镜透过率为48%时,V型折叠腔和直腔输出能量分别为13.2mJ和7.8mJ,整体转化效率提高10%,即V型折叠腔激光器具有降低激光阈值,提高激光输出能量的优点。理论分析验证了实验结果。对中小功率泵浦激光器输出性能的改善和提高具有借鉴意义。     

用于PPLN泵浦源的大能量百纳秒级脉冲固体激光器

为获得大能量、百纳秒脉宽的1 064 nm激光稳定输出，首先理论分析了激光的泵浦能量和谐振腔长度对输出脉宽的影响，然后对Nd∶YAG固体激光器进行设计，采用折叠谐振腔、振荡-放大结构和电光调Q技术相结合。实验结果表明：当重复频率为1 Hz、泵浦电压在1 200～1 400 V变化时，实现了脉宽范围为152.6～95.71 ns的稳定1 064 nm激光输出，最大单脉冲能量可达171 mJ;以激光器的输出激光作为基频光，设计了柱透镜组光束耦合系统，将基频光光斑整形为椭圆形状，实现了基频光的高效耦合和周期极化LiNbO₃(PPLN)光参量振荡器的稳定运行；采用耦合后的光束泵浦MgO∶PPLN晶体，获得了1.47μm近红外信号光的稳定输出。     

Nd:YVO_4/Cr~(4+):YAG被动调Q激光器输出特性的提高

针对提高连续激光二极管抽运Nd:YVO4/Cr4+:YAG被动调Q激光器输出特性,进行了理论和实验研究。Nd:YVO4相对于Nd:YAG,具有受激辐射截面很大的特点,因此有利于连续运转,但是泵浦功率一定的情况下储能低,不利于被动调Q运转。基于被动调Q速率方程,分析了可饱和吸收体内光束截面积对输出特性的影响,提出了在谐振腔内加入扩束镜的新方法。放在谐振腔中的扩束镜让饱和吸收体内的光子数密度增大,因而可以提高被动调Q激光器输出特性。在Nd:YVO4/Cr4+:YAG被动调Q激光器试验中用倍率3的扩束镜,将峰值功率提高了一个量级以上,单脉冲能量提高了两倍以上。该方法也可以应用在其他被动调Q激光器中,以便提高激光输出特性。     

四镜折叠腔激光器腔内倍频束腰研究

基于传输矩阵理论,针对半导体激光端面抽运的四镜折叠腔腔内倍频固体激光器,数值分析了谐振腔中倍频分臂的束腰尺寸和位置与腔参量的关系.分析表明,选择较小曲率半径的后端镜以及适当缩短谐振腔倍频分臂的长度,均可以减小倍频分臂中激光的束腰半径,同时也会使束腰位置更靠近后端镜;其他分臂的长度变化对束腰尺寸影响不大,但可改变束腰的位置.较小的束腰半径有利于获得较高的二次谐波转换效率,但若束腰距离后端镜过近,在高功率运转情况下,容易损伤后端镜表面薄膜.     

二级管泵浦Nd:YAG倍频蓝光激光器

采用二极管尾端泵浦Nd:YAG激光器产生了946nm波长振荡。在谐振腔内放入KNbO3晶体,室温条件下得到了稳定的蓝色连续波激光,输出功率达1mW。     

激光介质热沉积百分比精确解析模式及其应用

为研究固体激光介质热效应,文中将能量传输上转换效应和激发态吸收效应引入速率方程,以此推导激光产生过程中各类物理效应所产生热量的解析表达式。设计了激光二极管端面泵浦的Nd:GdVO41 342nm激光器,通过测量流经热电制冷片电流的方法对该激光器的热沉积百分比进行了实际测量。结果表明:热沉积百分比同被吸收泵浦功率呈增函数关系,且实验测量结果和理论计算结果相符合。     

LD端面泵浦Nd:YVO_4高重频紫外激光器

为获得高重频、高增益的355nm紫外激光输出,利用Nd:YVO_4激光晶体、端面泵浦LD和声光Q开关,设计了腔内三倍频V型谐振腔结构,在不同Q开关重复频率下,测试分析了激光功率和脉冲宽度的变化。对激光器参数进行了优化,当LD泵浦电流为9.4A时,355nm紫外激光最高输出平均功率达到了5.38W,脉冲宽度最窄为17.5ns,激光重复频率为30kHz。     

多模式振荡的多波长光纤激光器

提出并通过实验搭建具有多个横向模式振荡的基于少模掺铒光纤的多模式振荡多波长光纤激光器.激光器包括部分空间光学元件、多模光纤组件、少模光纤及少模掺铒光纤.所用少模掺铒光纤支持六个模式,其掺杂结构经过特殊设计后使得各模式增益均衡.通过少模光纤-多模光纤-少模光纤部分的作用实验实现了波长可调谐多模激光及多波长多模激光输出.泵浦功率2.75 W时输出的单波长激光中心波长为1590.4 nm,激光线宽0.08 nm,激光器的边模抑制比为38.31 dB,通过调节偏振控制器得到单波长可调谐范围为1572.12～1599.72 nm.增加泵浦功率还可得到双波长多模激光及三波长多模激光.     

泵浦光的离轴对激光器性能影响

利用光纤耦合激光二极管端面泵浦固体激光器,研究了在近阈值条件下,泵浦光偏离振荡光谐振腔轴线距离的变化对激光器输出模式、阈值功率、斜效率和光束质量的影响．实验结果表明,当泵浦光相对振荡光谐振腔轴线的偏离量增加时,激光振荡阈值、斜效率和光束质量因子将增大;激光输出模式从低阶向高阶厄米-高斯模转变,并且在相同的泵浦光偏离位置下,随着泵浦光电流的增大,晶体热效应显著,模式竞争加剧,会出现高阶向低阶厄米-高斯模的转变．     

1764nm调Q锁模自拉曼激光器研究

报道一种结构简单紧凑的二阶Stokes自拉曼调Q锁模固体激光器.采用光纤耦合输出的大功率激光二极管,单端泵浦掺Nd原子数分数为0.3%的Nd∶YVO_4晶体,在重复频率为20 k Hz,泵浦功率为22 W时,得到波长为1 764 nm、平均功率为0.215 W、锁模脉宽为12 ps及单脉冲能量为5.44μJ的激光输出,其峰值功率达到453 k W.     

腔内倍频准连续紫外激光器的设计及实现

准连续紫外激光器在精密材料微加工、紫外固化、光刻蚀等领域有广泛的应用,目前,国内高功率准连续紫外激光器的研制尚处于起步阶段,在激光功率稳定、光束质量等方面存在挑战.设计了一套基于腔内倍频的准连续紫外激光器,以808nm半导体泵浦Nd:YVO4晶体LBO紫外激光器,实现了波长为355nm的25~50kHz准连续紫外激光输出,激光器最高功率达3.48W,热效应得到了有效控制,光束质量较好.该研究结果将助于紫外高功率准连续激光器的商业化开发及应用.     

高重复频率Nd:YAP倍频激光器的实验研究

我们使用KTP倍频晶体对高重复频率Nd:YAP激光器进行了倍频实验。并与LiNbO_3、ADP、KDP、β-BaB_2O_4倍频晶体进行了比较,KTP晶体倍频转换效率最高。实验结果表明,KTP晶体是高重复频率、高功率Nd:YAP激光器的良好倍频材料。     

具有声光调制器的半导体泵浦单频环形激光器研究

了在半导体激光器泵浦的环形激光器中,利用声光调制器实现单纵模单向环行运行的机理,认为由于衍射光的多普勒频移而导致了行波腔中激光的单向运转,并进一步提出对ＡＯＭ不仅可以用角度调整还可以应用声频调整法以达到单向运转目的的新见解。以Ｎｄ：ＹＡＧ为增益介质,在４００ｍＷ的泵浦功率下,获得了２０ｍＷ连续单频激光输出,采用激光预激射技术,获得重复率为３０００Ｈｚ,脉宽５０ｎｓ、能量４μＪ／Ｐｕｌｓｅ的单频调