86W准基模激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器北大核心CSCD

报道了一种86 W准基模的激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器。所用激光晶体直径为3 mm,长度为65 mm,抽运方式为三维侧泵。通过凸面镜增大模体积,采用双棒串接插入90°旋光片的方法补偿热致双折射,通过计算和实验相结合的办法得到较优化的谐振腔参数,并分析了谐振腔长度和激光模块之间的距离对稳区的影响;得到最高功率86 W,M2的准基模激光输出。数值计算了径向和切向偏振模式的半径随热透镜焦距的变化。数值计算了激光器的输出参数,与实验结果进行了比较。设计了较优化的扩束聚焦系统,分析了经过扩束聚焦系统后激光束腰位置波动随抽运功率的变化规律。     

纵向抽运准三能级Yb:YAG激光器的理论模型及实验研究

在激光谐振腔中,边缘冷却的激光晶体中存在着温度梯度分布,从而使激光晶体等效为一个热透镜.热透镜效应对固体激光器的性能影响很大.由于热透镜效应,振荡光光斑半径会随抽运光功率及激光谐振腔腔型结构的变化而变化,这将影响输出光功率的大小.在考虑振荡光光斑半径随抽运光功率及谐振腔变化的情况下给出了速率方程的表达式,并采用数值方法求解.由理论分析可知,输出光功率与抽运光功率及谐振腔腔型结构有关.在相同的抽运功率下,腔型不同输出光功率不同.采用930 nm纵向抽运,发射光波长1030 nm的准三能级Yb∶YAG晶体在三种不同腔型结构下进行实验,实验结果表明腔型结构对激光输出功率影响很大.实验结果与模拟符合较好.     

1906 W高效准连续全固态激光器

随着高峰值功率、高占空比的准连续半导体激光(LD)技术的进步,促进高平均功率准连续全固态激光的快速发展。采用高效抽运耦合技术、高效冷却技术、大基模体积谐振腔设计、多级串接热补偿技术以及最佳输出耦合优化等,实现了准连续1064 nm激光输出,输出功率达1906 W,光-光效率为5     

高功率半导体激光器端面抽运连续固体激光器谐振腔的设计

提出了设计高功率半导体激光器（ＬＤ）端面抽运连续固体激光器谐振腔的基本原则。据此利用数值计算方法很容易得到理想的腔参数,使腔的热稳定范围相当宽;激光介质内基模半径不随抽运功率变化;腔内像散得到完全消除;在相当大的抽运功率范围内腔工作于稳区中心附近。实验结果证明：这种腔容易实现低阈值、高效、高功率的基模运转,光－光转换效率可达５０％ 。     

望远镜热稳定激光谐振腔的设计与输出特性研究

望远镜系统的热稳定激光谐振腔能够提高固体激光器的光束质量和谐振腔的热稳定性。从ABCD矩阵传输理论出发,通过G参数分析,并结合相关合理的近似,发展出一种确定望远镜热稳定激光谐振腔参数的有效方法。采用LASCAD软件对已确定参数的谐振腔进行模拟,应用到半导体侧向抽运固体激光器实验中,获得了光束参数乘积为0．700mm．mrad的近基模激光输出,测量结果与计算模拟一致。     

输出功率为21.5W的单端抽运Nd:YVO4/LBO单频激光器

采用中心波长为888nm的激光二极管作为抽运源,减轻了Nd:YVO4晶体中的热效应。通过合理的谐振腔设计,扩大激光晶体处的基模尺寸和振荡光在凹面腔镜处的入射角,减轻了激光晶体内部的热效应和谐振腔像散,提高了激光器的输出功率。采用四镜环形腔选模的办法,获得稳定的高功率单频激光输出。在吸收的抽运功率为67.5W时,实现了最高功率为21.5W的532nm单频激光输出,其8h功率稳定性优于±1%,光束质量M2<1.1,光-光转换效率为31.9%。     

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。     

LD侧边抽运板条激光器的热效应

对LD侧边抽运的板条激光介质热效应进行理论分析与数值模拟,根据2.5 mm×14 mm×40 mm Nd∶YAG板条实物建立了相应的三维(3D)热模型,采用有限元方法分析并模拟了板条激光介质内部温度场和热应力的分布,给出在120 W抽运功率下板条激光介质的热畸变特性,估算了在不同抽运功率下热焦距的大小.在此基础上设计并封装了LD侧边抽运的板条激光模块,对该模块的热焦距进行实验研究,得到热焦距随抽运功率变化的测量曲线,实验结果与理论分析一致.     

激光二极管端面抽运Nd:GdYVO4晶体热效应分析及倍频研究

通过求解泊松热传导方程,得出了端面抽运下矩形截面Nd:GdYVO_4激光晶体内部温度场分布以及Nd: GdYVO_4激光晶体抽运端面达到热平衡后的热形变量。当抽运功率为12 W,抽运光斑半径w_p=320μm时,Nd: GdYVO_4激光晶体的热形变量为0．855μm。根据Nd:GdYVO_4晶体内部温度场分布和晶体抽运端面达到热平衡后的热形变量,进而计算出晶体热焦距随抽运功率的变化。通过ABCD矩阵进行了腔参数优化,选取了更有效压缩KTP上基模光斑半径的V腔进行腔内倍频实验。在抽运功率为6．71 W时Nd:GdYVO_4获得了1．73 W稳定倍频绿光输出,光-光转换效率达到25．8％,绿光非稳度为1．13％。     

折叠式准封离型CO2激光器的光学谐振腔设计

在千瓦级基模连续CO_2激光器谐振腔设计中,采用具有良好横模选择能力的准封离型多折腔方案,考虑到共振腔内负的气体热透镜效应,使模体积与激发体积形成良好匹配,谐振腔获得稳定的最大效益的功率输出。在此基础上采用机械斩光盘式调Q方案,调整谐振腔设计参数,补偿高功率激光窗口正的热透镜效应,获得了最大平均输出功率800W的以基模为主的CO_2调Q脉冲输出。     

基于热致双焦点选模的径向、切向偏振激光器

侧抽运Nd∶YAG棒对径向偏振光和切向偏振光具有不同的热焦距,利用He-Ne激光器输出的线偏振光和旋转狭缝测量Nd∶YAG棒的径向、切向热焦距,设计谐振腔使得只有一种偏振光能低损耗稳定振荡。在440 W抽运功率下,获得31.7 W径向偏振激光,光束质量因子M2约为2.5,调整腔长后,在470 W抽运功率下,获得30.2 W切向偏振激光,光束质量因子M2约为2.8。实验结果表明,利用热致双焦点选模可以获得较大功率的径向、切向偏振激光输出,但激光器对抽运功率敏感。     

二极管横向抽运Nd:YAG大功率1.319μm单模激光器

对二极管横向抽运1.319μm大功率Nd:YAG激光器进行实验研究.采用横向抽运方式(CEO公司RD module),以φ4×115(单位mm)Nd:YAG晶体为激光工作物质,通过谐振腔设计和小孔光阑相结合的手段抑制高阶模的振荡,选取单横模,并且达到补偿晶体的较大热效应、提高单模的模式竞争能力的目的.在抽运光功率为343 W的条件下,得到功率大于6 W的TEM00模1.319μm连续激光输出,光束质量因子M2＜2,激光功率不稳定度低于2%,最大光-光转换效率约为1.74%.     

LD侧面抽运双棒串接Nd∶YAG激光腔的基模输出特性研究

在高功率线偏振基模输出激光二极管(LD)侧面抽运Nd∶YAG激光腔中,热致双折射效应是影响线偏振基模输出功率的主要热效应。利用双棒串接结构,对热致双折射效应引起的退偏效应进行了有效的补偿。在分析谐振腔参数对激光器性能影响的基础上,通过优化设计,在实验中得到了35 W的线偏振基模输出。     

LD抽运的双频固体激光器的光谱和频差特性研究

研究了LD抽运的、频差可调的双频Nd:YVO4微片激光器的光谱特性。对于荧光谱宽固定的激光增益介质,输出激光的光谱特性主要与抽运功率、抽运位置和谐振腔长等参数相关;通过控制相关参数,可以调整输出激光不同波长频谱峰之间的相对频差。实验结果表明,当LD抽运电流为14.5A时,抽运光与谐振腔模达到良好的匹配,输出稳定的双纵模双频激光,相应的频差可超过90GHz;改变抽运参数相应频差在92.22~94.24GHz之间变化;增加谐振腔的腔长时,输出的激光纵模间隔减少并可输出三纵模,其中两频峰之间的最小频差可达到26.50GHz。     

端面抽运DPAL三维模型及激光输出特性的模拟研究

根据激光三能级速率方程理论,考虑抽运光聚焦的空间分布,建立三维DPAL速率方程组的理论模型,结合激光系统运行的边界条件,通过数值方法,对模型进行求解,对端面抽运铷蒸气激光器的输出特性进行了详细分析,包括抽运光聚焦光斑半径、聚焦位置、蒸气池长度等参量对模式匹配效率、阈值抽运功率和斜率效率的影响。在模式匹配最佳时,计算了对介质长度对激光输出和阈值的影响。根据抽运光功率,以获得最大激光输出功率为目标,给出了激光器系统的优化参数,包括介质长度、抽运光聚焦在介质中的聚焦位置、输出耦合反射率。     

888nm半导体抽运的60W皮秒激光振荡器模型

为了建立一个基于888nm半导体抽运的高平均功率和高效率皮秒激光振荡器的理论模型,采用模拟计算方法和谐振腔理论、ABCD定律、自洽条件以及连续被动锁模条件,利用激光晶体Nd:YVO4对波长888nm半导体抽运源的吸收特性和元件的相关参量、合适的腔模参量、实现稳定锁模的参量进行了理论分析和计算,并通过以上研究和模拟计算得到了皮秒振荡器模型的相关数据。结果表明,在120W的抽运功率下,激光器可以输出约61.5W的皮秒激光,光光转换效率51.3%。这一理论模型的建立对高平均功率和高效率皮秒激光振荡器的实验研究起着指导作用。     

LD抽运Nd:YVO4/LBO 543 nm全固态激光器

报道了一种能获得543 nm激光连续输出的LD抽运全固态激光器,通过对谐振腔膜系的设计以及倍频品体的合理选掸和放置,采用长度为10 mm的Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体进行腔内倍频,用功率为2 W的LD抽运掺杂原子数分数为0.8%的Nd:YVO4晶体,采用简单直腔结构,获得了543 nm激光输出.在1.9 W的抽运功率下,最大输出功率为105 mW.光一光转换效率高达5.53%,输出功率在3 h内长期稳定性优于3%.     

高功率1.48 μm国产掺磷光纤级联拉曼激光器

使用20 W/1.06 μm掺镱双包层光纤激光器作为抽运源, 抽运由300 m国产掺磷光纤和光纤光栅构成的级联拉曼谐振腔, 进行了高功率1.48 μm级联拉曼光纤激光器的实验研究。实验研究了不同反射率的输出光纤光栅对拉曼激光阈值和激光效率的影响。结果表明激光阈值随输出光纤光栅反射率的增加而减小。当使用25.7%的输出光纤光栅时, 激光器具有最大的转换效率, 在入腔抽运功率为12.1 W时, 获得了最大2.8 W/1.48 μm连续波激光输出, 相应的激光斜率效率和转换效率分别为31.3%和23.1%。通过监测1.48 μm激光的最大输出功率, 2 h内的功率波动小于5%。     

宽带可调谐掺镱双包层光纤激光器

采用高功率975 nm多模半导体激光器(LD)作为抽运源,以大模场掺Yb3+双包层光纤(YDCF)作为激光增益介质,运用能够承受较高功率运行的利特罗(Littrow)光栅外腔调谐结构,实现了宽带可调谐激光输出.实验中,双包层光纤采用最优光纤长度14 m,光栅经仔细调整后有效入纤反馈效率约20%,当入纤抽运功率约1.3 W时,激光器达到阈值并开始振荡.通过连续旋转光栅,激光输出波长能在1046～1121 nm之间实现可调谐,可调范围达75 nm.当入纤抽运功率为48 W时,在1089 nm波长处获得最大输出功率23.7 W,相应斜率效率为53%.最后,基于数值模拟简单地分析了激光输出特性,实验结果与数值模拟结果基本保持一致.     

热近非稳腔高重频双波长复合输出激光器研究

1064 nm/532 nm双波长固态激光器在多个领域应用广泛。针对目前该类激光器分光路可切换输出研究较多,而复合输出研究缺乏的现状,通过建立含热透镜的等价谐振腔模型,结合谐振腔稳定性和“热近非稳谐振腔”理论确定了最佳腔长,利用软件仿真分析了倍频晶体的长度、输出镜基频透过率、调Q频率的大小对复合输出的影响,根据双路激光干扰的实际需求,确定了最佳复合输出参数,从而完成了一台1064 nm/532 nm高重频双波长复合输出激光器的设计。实验表明,KTP晶体长度选为12 mm,输出镜基频透过率选为15%,调Q频率选为50 kHz时,在最大泵浦功率下,基频光输出的平均功率为28.82 W,倍频光的输出的平均功率为2.23 W。测量得到的激光近场发散角与光斑半径的乘积近似等于同样位置处基模高斯光束发散角与光斑半径的乘积,这说明所设计的激光器在最大泵浦功率条件下是以近似基模的方式运转,具有较好的光束质量。