LD端面泵浦Nd:YVO4激光放大器的理论及实验

设计了激光二极管(LD)连续端面泵浦的Nd:YVO4主振荡放大器(MOPA),研究了重复频率10 ～ 50 kHz调Q脉冲注入时不同输入功率下放大器的输出情况.建立了基于速率方程理论的端面泵浦激光放大器运转模型,能够很好地描述千赫兹脉冲的放大行为.数值模拟和实验结果表明,随着频率的增加,脉冲放大逐渐逼近稳定态放大行为.结合实验条件,利用该模型得到了放大介质最佳长度随输入的种子光功率的变化关系,发现实验中放大介质最佳长度为8.5 mm.     

用于空间探测的结构紧凑高功率纳秒激光脉冲光源

报道了基于Nd∶YAG晶体的传导冷却端面泵浦板条放大器结构实现高重复频率、高功率纳秒激光放大输出,系统采用主振荡功率放大结构,整个系统主要包括调Q纳秒激光种子源,小尺寸板条预放大器以及主放大模块。纳秒激光种子源在重复频率为400 Hz的工作条件下,输出激光功率为1.6 W,单脉冲能量为4 mJ,最终获得207 W功率放大激光输出,单脉冲能量超过0.5 J,输出激光脉冲宽度为6.55 ns,激光脉冲峰值功率超过75 MW。     

高能量1 ns Nd:YAG激光器系统

为了实现高能量、窄脉宽的输出,设计了一种半导体端面泵浦Nd:YVO4的主振荡器与功率放大器(MOPA)结构的Nd:YAG激光器。半导体端面泵浦布儒斯特切角Nd:YVO4晶体调Q主振荡器,获得了单脉冲能量0.16mJ,重复频率5Hz,脉冲宽度0.964ns的种子激光输出。通过使用光隔离器和端面切角的Nd:YAG晶体,避免了Nd:YAG双通预放大器的ASE效应,获得了单脉冲能量88mJ,脉宽0.972ns的激光输出。通过空间滤波器后,两级主放大器单通放大后,最终获得了单脉冲能量大于3.25J,脉宽1.051ns,M2为1.9,不稳定度小于±3%ns激光放大输出。     

铜蒸气激光泵浦的飞秒光脉冲染料放大器

建立了频率为８ｋＨｚ的铜蒸气激光泵浦的二级共焦飞秒光脉冲染料放大器，把从对撞脉冲锁模环形染料激光器中输出的光脉冲能量放大到０．６μＪ，放大倍数为３×１０３，放大光脉冲宽度为６０飞秒，因此得到放大光脉冲峰值功率为１０ＭＷ。     

脉冲泵浦双包层掺Yb3+光纤放大器理论研究

对比研究了在连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下,高功率双包层掺Yb3+件光纤放大器的输出特性.计算结果表明:采用脉冲泵浦放大50 kHz高斯脉冲信号,在ASE光抑制方面和光纤放大器热效应方面都优于连续泵浦情况下的光纤放大器.进一步又研究了脉冲泵浦下,从泵浦脉冲峰值功率,掺杂光纤浓度和泵浦波长三方面选择泵浦脉冲宽度,优化放大器输出特性.为提高和设计掺Yb3+抖光纤放大器和MOPA系统的输出功率和稳定性提供了理论依据.     

染料放大器的ASE和飞秒脉冲放大

分析了染料放大器(DLA)的放大的自发辐射(ASE)的分布、上能级以及三重态粒子数分布。用数学方法模拟计算了泵浦作用时非饱和情形下染料分子的储能和飞秒脉冲的放大。我们认为,设计一个染料放大器必须考虑三重态积累对分子储能的影响。用调Q倍频Nd∶YAG脉冲同步泵浦染料二级放大器放大飞秒脉冲,得到的第一、二级放大倍数分别为1000和60,对于第一级放大,计算结果与实验结果基本相符。     

100 W高功率Nd∶YAG皮秒板条激光放大器

设计了一种高功率的固体皮秒脉冲激光放大器。采用增益介质为Nd∶YAG材料的传导冷却端面泵浦板条放大器结构设计,通过板条结构多角度放大,实现对皮秒脉冲激光的四程放大。分析板条端面切角与激光入射角度的选取对填充因子以及激光功率放大的影响。最终实现了在种子光重复频率为100 kHz、激光脉冲宽度为9.6 ps的工作条件下,系统输出激光功率为103 W,单脉冲能量为1.03 mJ。     

基于改进的Frantz-Nodvik方程的Yb:KGW再生放大器研究

超快激光再生放大过程具有复杂的动力学行为,需要建立模型进行求解和迭代计算。基于改进的Frantz-Nodvik方程计算了Yb:KGW晶体再生放大器的输出性质,研究了泵浦强度、晶体长度和泵浦脉宽对放大器输出性能的影响,同时对不同重复频率再生放大器的输出行为进行了分析。在此基础上设计了再生放大器,得到了重复频率1 k Hz、单脉冲能量1 m J的激光放大结果,与理论分析结果符合得较好。该改进的Frantz-Nodvik方程对于设计高重复频率、大能量且性能稳定的激光放大器具有参考价值。     

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。     

半导体光放大器啁啾特性分析

改进了分析行波半导体光放大器啁啾特性的理论模型,其中考虑了有限的端面反射率和自发辐射。理论研究表明,这些因素的引入将减小光放大器附加到放大光脉冲上的非线性频率啁啾。     

高重频高峰值功率窄线宽激光放大器

高重复频率、高峰值功率、窄线宽的激光在激光雷达领域具有重要的应用价值。在对高重频窄线宽激光进行放大时,为了同时实现高放大倍率与高光束质量激光输出,在高重频、窄线宽被动调Q激光器作为种子源的前提下,设计了利用888 nm半导体激光端面泵浦Nd:YVO4块状晶体实现高增益的一级放大,808 nm半导体激光侧面泵浦Nd:YVO4板条晶体实现低热透镜效应的二级放大的方案。在重复频率10 kHz时,获得了峰值功率5 MW,线宽154 pm,脉冲宽度0.6 ns,平均功率31.5 W,光束质量M2为1.98的激光输出。从而验证了将高放大倍率与高光束质量分别控制的放大器设计思路。     

百瓦级1 030 nm光纤-固体混合放大激光器

光纤-固体混合放大技术能够将光纤激光器和固体放大器的优势结合,获得结构紧凑、成本低廉的高功率超短脉冲激光。因此,实验设计了基于掺镱光纤-固体混合放大技术的高平均功率超短脉冲激光器。该激光器主要由全光纤结构激光器和两级固体放大器组成,第一级为基于Yb: YAG单晶光纤的固体放大器,第二级为基于无侧面抛光的棒状Yb: YAG晶体的主放大器。超短脉冲全光纤前端平均输出功率为6.5 W,重复频率52.9 MHz,脉冲宽度47.5 ps。第一级单晶光纤放大器采用单通放大形式,在反向泵浦功率182 W时获得40 W的平均功率。第二级固体放大器同样为单通放大,在反向泵浦功率307 W时获得平均功率122.9 W的超短脉冲激光输出,滤除热退偏激光后获得了107.3 W的线偏振超短脉冲激光,对应斜效率为26.1%。此时测得脉冲宽度为12.1 ps,中心波长为1 030.6 nm,光谱宽度为2.4 nm。在最大输出功率107.3 W时,测得水平和垂直方向的光束质量因子M_x2=1.45,M_y2=1.20。     

脉冲光纤放大器中放大自发辐射对光纤储能的影响

在高功率脉冲光纤放大器中,由于增益介质长,抽运功率高,脉冲间隔产生的放大自发辐射(ASE)严重限制了光纤储能能力和可提取能量的提高。针对低重复频率、强抽运的条件,以稳态速率方程为理论基础建立了脉冲放大器模型,利用理论模型对脉冲放大器性能进行了分析,着重讨论了不同的数值孔径、激光功率填充因子、端面反射率、纤芯直径、光纤长度、抽运功率等参数对放大自发辐射的影响。讨论了光纤的储能、增益和可提取能量等的变化规律,给出了掺镱光纤中最大可提取的单脉冲能量以及放大器增益。     

1053 nm掺Yb光纤放大器脉中放大实验研究

本文给出掺Ｙｂ光纤脉冲放大的实验结果,在一段长１８ｍ的Ｙｂ光纤中获得了超过２６ｄＢ的增益．利用１．０５３μｍ单模ＬＤ激光器作注入信号．重复频率为１ｋＨｚ,脉宽分别为１μｓ、２μｓ、５μｓ、１０μｓ．增益与泵浦功率等关系的实验结果表明增益对泵浦功率、光纤长度和信号功率敏感。当小信号放大时,输出脉冲不失真,表明该放大器可用于高脉冲能量激光的前置放大．     

高功率LD阵列端泵Nd∶YLF片状放大器热效应研究

针对LD阵列端面泵浦片状放大器的工作特点,建立了对增益介质Nd:YLF进行热特性研究的有限元模型.计算出了千瓦级泵浦功率,520 μs脉冲宽度,重复频率状态下晶体瞬时三维的温度和热应力分布.研究结果表明:有效泵浦功率密度达到10 kW/cm2量级时,介质可能发生热致断裂;增大强迫对流换热系数会减少温升,但端面处温度梯度增大,热应力可能增大.     

侧面分布式泵浦双包层脉冲光纤放大器

采用自行研制的光纤侧面耦合器,设计和研制了侧面分布式泵浦、两级全光纤连接的掺镱双包层脉冲光纤放大器,实现了输出波长为1064nm、平均输出功率达到2.12W、脉冲宽度20ns、重复频率50kHz的高功率、高重复频率全光纤结构脉冲光纤放大器.光纤侧面耦合器对泵浦光耦合效率最高达到69%,对反向信号光的隔离度最低为17dB,有效避免了高功率脉冲回波对泵浦光源的损害,使用更高泵浦耦合效率的侧面耦合器,可进一步提高放大器输出功率.     

LD泵浦皮秒激光脉冲再生放大器

为获得更大的脉冲能量和更高的峰值功率,常需要再生放大器将弱脉冲进行高效放大,本文对LD泵浦的皮秒激光再生放大器进行了分析和实验研究,利用SESAM锁模皮秒激光脉冲作为种子源,成功地研制出了放大倍数达106倍的皮秒再生放大器,脉冲重复频率分别为50Hz和5kI-Iz.     

光参量放大脉冲发生器中色散效应的研究

走离效应对参量放大脉冲发生器具有重大影响,群速度色散将使脉冲展宽。采用分步傅里叶法对耦合方程求解,分析了利用参量放大器产生脉冲的过程中色散效应的影响。依照所设定参数的仿真结果表明：输入泵浦波的调制频率为1GHz时,走离效应、群速度色散的影响几乎可以忽略;调制频率增加到20GHz,光纤中的群速度色散可以缓解由于泵浦波、闲频波之间的走离效应导致的脉冲畸变;而随着调制频率的继续增大到100GHz,色散效应和走离效应将使得产生的脉冲受到严重恶化。     

低温重复率Yb:YAG 固体激光放大器

Yb:YAG晶体比Nd:YAG晶体更适用于产生和放大具有Hz量级重复频率的高脉冲能量激光。报道了LD泵浦低温工作的Yb:YAG脉冲固体激光放大系统。整个系统由再生种子源、预放大器和主放大器3部分组成。晶体用铟和金箔作为导热层压到金属热沉上,散热方式采用传导冷却,低温环境由液氮冷却热沉来保证。实验结果表明:当晶体温度控制在150 K时,装置得到了3 J@10 ns,10 Hz的1 030 nm脉冲激光能量输出。研究了低温真空环境下介质膜的损伤等因素对泵浦参数的要求,最后分析了进一步提升脉冲能量所需要解决的问题。     

1kHz全光纤双程结构掺Yb3+脉冲光纤放大器

以1KHz低重复频率的脉冲激光为信号光源,实验研究了全光纤双程结构的脉冲光纤放大器.利用光纤声光调制器(AOM)滤除了放大过程产生的放大自发辐射光(ASE),并测量了该ASE功率;分析了低重复频率及双程结构对放大器输出特性的影响;研究了抽运光功率对输出脉冲宽度和脉冲峰值功率的影响.在注入信号激光波长1060nm、脉冲宽度10.2ns、峰值功率0.58W时,获得放大脉冲激光的脉冲宽度7.9ns、峰值功率245.2W,对应增益26.3dB.