Yb:YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量

为了提高二极管抽运Yb:YAG/YAG复合板条激光器的输出光束质量,研究了复合板条内的热透镜效应,分析了复合板条在宽度和厚度方向的热透镜焦距,以及热透镜对谐振腔模式的影响,设计了混合谐振腔,并对该谐振腔输出光束质量进行了分析。采用角抽运复合板条方法,实现了千瓦级Yb:YAG/YAG复合板条激光器连续运转。采用CCD照相法测量了输出激光的光束质量,在500W连续输出时,光束质量M2因子在板条宽度方向和厚度方向分别优于20和5。实验结果表明,在复合板条激光器中可以采用混合谐振腔获得较好光束质量的激光输出。     

内置透镜平平腔自调Q激光器的特性研究

文章在Cr4 + ∶Nd3 + ∶YAG自调Q激光器中,实验验证了内置透镜平平腔组成的等效腔具有比普通平凹腔更高的稳定性,并给出相应理论解释;实验中还观察到在泵浦功率增加时,输出功率、重复频率呈现极值特性和单脉冲能量增加近两倍等特殊实验现象。本文通过理论分析指出,引起基模光束半径和泵浦速率的动态变化主要影响因素是晶体内热透镜效应,且可通过调节腔长、内置透镜的位置等方式改变输出激光的重频、能量特性。这说明在自调Q激光器方面,内置透镜平平腔比普通平凹腔具有更大的设计灵活性。     

大功率连续Nd:YAG激光器热透镜焦距测量

阐明了一种利用腔的临界稳定条件来测量灯抽运大功率连续 Nd:YAG激光器有效热透镜焦距的简单方法。通过测量特殊临界稳定点的输出功率 ,可计算出激光棒的有效平均热焦距 ,以及径向和切向的热透镜焦距 fr和fθ。此方法简单可行 ,特别适用于高功率激光器热焦距的测量。此方法利用腔的临界稳定点 ,是在有激光输出时测量的 ,比无激光输出时更接近实际情况 ,与探测光束法比较测量偏差为± 10 % ,小于非稳腔法± 2 0 %的测量偏差 ,测量值更准确。为优化设计大功率激光器提供了准确的设计参数     

CW injection seeding of a modelocked semiconductor laser

The authors extended the injection locking technique to control the output of a modelocked semiconductor laser with an external continuous-wave (CW) signal. With this injection seeding technique, over 8 mW of average power in 30 ps pulses with side cluster suppression of over 20 dB was obtained from an actively modelocked AlGaAs semiconductor laser. This average output power compares favorably with the 12 mW W output power of the extended resonator. The frequency spectrum of the laser is determined by the background noise level as set by the spontaneous emission. Injection seeding overrides the noise and concentrates over 99% of the available energy in a single nearly transform-limited pulse     

热透镜效应补偿的高功率Nd:YAG激光器的优化设计

为了获得高功率、高光束质量的1064nm激光,采用凹透镜作为补偿透镜来补偿激光棒的热透镜效应。对补偿透镜的选取进行理论分析,并使用所设计的包含补偿透镜的平平谐振腔Nd:YAG激光器进行了实验验证。在实验中,使用焦距为250mm的凹透镜、透过率为30%的输出耦合镜,获得了55W的高功率、高光束质量的1064nm激光输出。结果表明,此项研究对高功率、高光束质量激光器谐振腔的设计是有帮助的。     

LD抽运Nd:YVO4平行平面腔激光器中的激光输出功率凹陷

研究了激光二极管(LD)抽运的Nd:YVO4平行平面腔激光器在不同热透镜焦距时的输出功率特性曲线.发现输出功率曲线中的凹陷现象,对它进行了分析,指出了热透镜效应和腔长对激光输出特性的复杂影响.     

内热厚透境平行平面谐振腔的热稳定性

光泵固体激光器会在激光棒中引起轴向热伸长和径向折射率梯度.这可概括为一种热厚透镜效应.从输出腔镜处光束光斑参数对热透镜焦距的微商出发,直接导出内热厚透镜平行平面腔的热不灵敏条件,并对其适用范围进行了必要讨论.     

LD抽运Nd:YVO41.34μm激光器及其热效应研究

研究了激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4连续波1.34 μm激光器在不同腔长时的输出特性,通过计算晶体中的振荡光光斑大小随泵浦功率的变化,分析了1.34 μm激光输出的热透镜效应对腔稳定性和激光输出特性的影响,为1.34 μm激光谐振腔的优化设计提供了基本的理论依据.实验中采用简单的平-凹腔结构,泵浦功率为7.56 W时,得到2.39 W的连续波1.34 μm激光输出,最大斜效率为36.5%,光-光转换效率为31.7%.     

电控宽域热不灵敏Nd∶YAG固体激光器的研究

运用激光谐振腔的矩阵光学理论,并根据内含补偿透镜和热透镜的激光腔处于热不灵敏的条件,给出了激光腔处于热不灵敏状态时补偿透镜屈光度与热透镜屈光度的对应关系;在此基础上,设计了一种宽域热不灵敏激光腔,该激光腔采用电调谐液体透镜作为补偿透镜,根据泵浦功率的变化调节电压改变液体透镜的屈光度,进而使激光腔在泵浦范围内始终保持热不灵敏状态。     

非稳腔大功率绿光激光器的研究

为了提高激光的光束质量和提供准直的平行光束,为抽运钛宝石提供优良的大功率的绿光抽运源,对激光二极管侧面抽运Nd:YAG声光调Q腔内倍频固体激光器进行了研究.实验中采用凸平直线非稳腔,将凸面镜和增益介质热透镜效应等效为望远镜系统进行分析.由实验可知,凸平非稳腔具有较大模体积、良好的稳定性等优点;利用二类相位匹配的磷酸钛氧钾晶体进行腔内倍频,当抽运功率为200W时,获得脉宽109ns、重复频率9.3kHz、发散角小于2mrad的42W绿光输出,光光转换效率达到21%,24h长时间的工作,不稳定性小于2%.结果表明,利用非稳腔腔型,在侧面抽运的模块中可以实现高效的大功率绿光输出.     

热退偏损耗完全补偿的千赫兹电光调Q Nd:YAG激光器

为了同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应,进一步提高重复频率1 kHz激光二极管(LD)侧向抽运高平均功率电光调QNd∶YAG激光器的输出功率,设计了一种完全消除热退偏损耗的双调Q开关谐振腔结构,此结构在传统调Q谐振腔的基础上沿着偏振片的退偏方向增加了一个调Q谐振支路,并使得激光从增益介质方向输出.实验结果表明,此激光器的单脉冲能量比单Q开关结构的非补偿腔输出能量高出74.7%.当侧面抽运的激光二极管输出脉冲能量达到307 mJ时,激光输出能量达到26.2 mJ,光-光转换效率为8.5%,光束发散角为1 mrad.     

用快速傅里叶变换法分析超高斯反射镜腔的光场分布

常规非稳腔由于输出耦合镜硬边光阑的衍射效应而影响了激光输出。使用非均匀反射镜，可以起到软边光阑的作用，改善了输出光束的光场分布特性。高斯分布反射镜已经被广泛应用，超高斯分布反射镜的提出是对非均匀反射腔的一大改进。快速傅里叶变换(FFT)方法是计算激光腔光场分布的一种方便快捷的方法，利用快速傅里叶变换方法分析了超高斯反射镜腔的腔内三维光场分布情况，并模拟了热透镜焦距变化时腔内光场分布的变化。然后分别在空腔和考虑热透镜效应的情况下对输出光束的光场分布进行了理论模拟，并讨论了热透镜效应对输出光场分布的影响。     

输出耦合镜热形变对聚焦特性的影响及其实时补偿

研究了在不同输出功率下 ,输出耦合镜热形变所引起的输出光束Rayleigh长度的变化规律。采用压力变形反射镜对Rayleigh长度变化进行了实时补偿 ,修正了由于输出耦合镜热变形造成的影响 ,改善了高功率CO2 激光器的聚焦特性     

Determination of the thermal lens in solid-state lasers with stablecavities

A useful method to determine the thermal lens in a thermally loaded material inside a laser resonator under operation is presented. The laser beam emitted is focused with a lens placed exactly at the distance of its focal length behind the output mirror. For stable spherical resonators this focusing is not astigmatic even for an astigmatic cavity. This fact is used to experimentally determine the thermal lens including the beam quality factor (beam propagation factor) M² of the laser beam. Measurements are presented for an end-pumped rod and a longitudinally pumped slab laser serving as an example for an astigmatic cavity     

一种望远镜热不灵敏腔的设计

给出了一种简单的双透镜望远镜型热不灵敏腔的设计方法,仅需移动凹透镜调节离焦量的大小,就可以对不同功率下的热效应进行补偿,设计了一组双透镜望远镜型热不灵敏腔参数,通过数值模拟给出了在不同泵浦功率下,热焦距,双透镜之间距离和输出镜光斑W2的三维关系图,并给出了最佳离焦量偏差对输出镜上光斑大小的影响,结果表明：热焦距对光斑影响非常小,同时允许有一定的最佳离焦量的偏差。该望远镜腔不仅可以补偿热效应产生的输出功率不稳定现象,同时大大提高了输出功率,具有很好的实验可操作性。     

Improved coupling efficiency of a strained InGaAs-AlGaAs quantum-well laser into a fiber Bragg grating

We describe a highly efficient coupling of up to 78% into a single mode fiber (SMF) by utilizing a low-divergence-angle InGaAs-AlGaAs laser and a new high-NA aspheric lens, resulting in the coupled optical output of over 300 mW with a kink-free performance. The kink-free 300 mW of fiber-coupled power is the largest power reported from a diode laser wavelength stabilized using a fiber Bragg grating. A 3% fiber Bragg grating makes the optical output stabilize at a wavelength of 1.016 /spl mu/m for an optical output power up to 310 mW and without any distinct decrease of the optical output. The coupling tolerance for lateral offsets is improved by utilizing a thermal-diffused expanded-core technique even in the case of using a high-NA coupling aspheric lens. We have also achieved a 300-mW fiber-coupled wavelength-stabilized InGaAs-AlGaAs semiconductor laser butterfly module using a fiber Bragg grating.     

Investigating Transient Thermal Effects in Flash-Lamp-Pumped Heat Capacity Nd:YAG Rod Laser

Transient thermal effects induced in the laser medium under heat capacity (HC) mode of operation and its influence on the output laser performance is presented. Thermal loading and the resulting negative lensing effects are shown to be different under lasing and nonlasing conditions. Negative refractive power of laser rod affecting the laser resonator stability was observed to be the major cause for the decline in the output power in HC mode. An active resonator model based on measured thermal refractive power is discussed and impact of resonator design parameters on laser beam quality is investigated. An output power of 152 W in HC mode for a run time of 5 s has been obtained. Comparative performance results in conventional continuously cooled (CC) mode is also discussed to highlight the characteristic differences in the two operating modes. Nearly 2–3 times better output beam quality was obtained in HC mode as compared to CC mode.      

两个光纤激光器的相位锁定及高相干功率输出

研究了两个光纤激光器的相位锁定及其相干输出。将两个光纤激光器的输出耦合进一个自成像共振腔,然后利用一个空间滤波器进行模式选择。自成像共振腔由两个焦距为8 mm的准直透镜、一个焦距为500 mm的傅里叶透镜和一个耦合输出镜组成。滤波器由两根20μm的铂金线组成,并放置在耦合输出镜面上。实验中,观测到光束截面图样具有高对比度的干涉条纹。输出镜反射率在50%和30%情况下,分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率。在总抽运功率为60 W时,获得了18.3 W的高相干功率输出。稳定的相位锁定是由于激光器阵列具有能适应光程长度变化的自调节过程。实验表明,利用该方法完全可以进一步提高相干输出功率。     

绿光输出达85W的全固态绿光激光器谐振腔研究

报道了对平均功率达85 W的高功率、高稳定性全固态绿光激光器谐振腔特性的研究,将高平均功率运转条件下的KTP倍频晶体的热透镜效应等效为一个薄透镜,利用ABCD传输矩阵,通过图解方法定性地讨论了KTP晶体的热透镜效应对谐振腔的稳定性和腔内激光模式的巨大影响,理论分析表明适当大小的倍频晶体热透镜焦距不但可以有效地补偿Nd:YAG棒的热透镜效应,而且对增大激光介质中的模体积和在倍频晶体处提高功率密度都有积极作用.实验中采用了80个20 W的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd:YAG棒、两个声光Q开关、高效平-凹谐振腔结构、对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配等技术,并通过对KTP晶体采取适当的冷却方式,最终实现了高功率内腔倍频激光器的高稳定性运转;在抽运功率约为1080 W时,实现了重复频率为20.4kHz,脉冲宽度230 ns,输出功率达85 W的高功率、高重复频率绿光(532 nm)输出,不稳定性仅为士1.03%.     

多棒固体激光器棒间匹配耦合的研究

采用光学传输矩阵的方法对内含多元件热透镜介质的激光腔进行了分析,给出了棒间匹配耦合的调整方法。理论分析与实验相符,并在三棒串接的CWNd3+:YAG激光器中获得(0～1)kW的稳定功率输出。