双腔大频差双频全固态激光器设计与实验研究

为了获得大频差双频激光输出,设计了一种由偏振分光棱镜和半波片组成的新型双折射滤光片作为激光纵模选择元件。将这种新型双折射滤光片置于激光二极管(LD)抽运Nd∶YAG激光器的谐振腔内,实现了单纵模激光振荡。绕激光腔轴旋转半波片以改变波片快轴与偏振分光棱镜偏振面之间的夹角,发现单纵模激光输出功率发生周期性变化,变化周期约为π/2。设计并实验研究了一种LD抽运双腔大频差双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔(即直线腔和直角腔)共用相同的激光介质和纵模选择元件,1064 nm激光p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,改变每一谐振腔的长度可以调谐腔内单纵模激光的谐振频率,从而实现双频激光频差调谐。实验观察到1064 nm正交线偏振双频激光的频差在27~113.4 GHz范围内可调谐。     

被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器设计及实验

为了获得峰值功率高、相干性好、频差大的双频脉冲激光,设计了一种二极管端面抽运被动调Q双腔双频Nd:YAG激光器,该激光器采用共增益T型双驻波腔结构,腔内偏振分光棱镜和半波片组成的双折射滤光片作为激光纵模选择元件,并以Cr4+:YAG晶体作为腔内被动Q开关,使1064nm激光的p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,从而获得1064nm正交线偏振双频激光脉冲输出。建立了被动调Q双腔Nd:YAG激光器速率方程组,理论分析了双腔脉冲激光输出特性,实验研究了双腔双频脉冲激光的振荡特性和输出特性。实验结果表明:当激光二极管的抽运功率为2.7W时,从直线腔输出的p偏振单频脉冲激光的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、42ns和126.4W;从直角腔输出的s偏振单纵模激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8kHz、40ns和133.6 W。该双频脉冲激光的频差约为10GHz。这种双频脉冲固体激光器在激光干涉测量和相干激光雷达探测等领域具有广阔的应用前景。     

深紫外固体激光系统

报道了一种利用非线性光学频率变换技术生成深紫外激光的固体激光系统.此系统采用基于CLBO晶体和频的频率变换方案,参与和频过程的两路激光分别是一台全固态声光调Q Nd:YVO;激光器输出的1064 nm近红外激光和一台灯抽运电光调Q倍频Nd:YAG激光器抽运的钛宝石激光器输出的三倍频238.7 nm紫外激光.对系统中的调Q倍频Nd:YAG激光器、钛宝石激光器、BBO三倍频模块、调Q Nd:YVO4激光器以及CLBO和频模块进行了详细描述.最后,在实验中获得了最高功率217 μW,重复频率10 Hz的195 nm深紫外激光输出.     

基于RTP相位调制器的900Hz单频脉冲Nd…YAG激光器

报道了半导体激光器双端面抽运单频调Q Nd…YAG激光器。采用磷酸钛氧铷(RTP)电光晶体作为腔内相位调制器主动调谐腔长,实现单频种子注入,获得稳定的单纵模输出。采用另外一对RTP电光晶体作为调Q开关,在900Hz重复频率下,利用单振荡级获得单脉冲能量为7.5mJ,脉宽为14.6ns,线宽为45 MHz的1064nm激光脉冲序列输出。激光束在水平方向和垂直方向的光束质量M2值分别为1.30和1.36。输出激光2min的频率稳定性为1.1MHz,线宽稳定性为0.52MHz。在传导冷却结构中,实现了高频率稳定性和线宽稳定性的窄线宽单频脉冲激光的输出。     

二极管泵浦全固态紧凑型单频绿光激光器

报道了利用激光二极管(LD)端面泵浦Nd∶YVO4+KTP晶体组件,在没有插入任何选频元件情况下得到532 nm单频绿光输出的实验研究。论文从非线性晶体的光谱接受带宽、增益介质的增益带宽和非线性转换效率等方面综合分析,利用激光器在增益和非线性转换效率较大时,处于非线性晶体光谱接受带宽范围内的、与增益曲线中心频率相邻的其他纵模由于其与中心频率处振荡纵模的和频作用,增加其非线性损耗从而被抑制的原理,在LD工作电流为900 mA时得到66 mW波长为532 nm的单频绿光输出,稳定性为0.99%。实验结果表明,该结构类型激光器提供了实现高稳定性、小功率、低成本单频激光器的一种有效方法。     

激光二极管泵浦高功率Nd：YAG紫外激光器

对半导体侧面泵浦Nd:YAG准连续高功率紫外激光器进行实验研究,首次采用新颖谐振腔型对基波进行非线性转换获得稳定的355nm紫外激光输出.在主谐振腔中,3列相互呈120°放置的激光二极管线阵对中心处直径3mm的Nd:YAG晶体棒进行连续泵浦,实现了1064nm基频光稳定振荡;在子腔中,使用对基频光双程倍频双程和频的方法提高转换效率,实现了高功率准连续355nm紫外激光单向稳定输出;实验使用角度调谐的Ⅰ类相位匹配LB0晶体与Ⅱ类相位匹配LBO晶体,当调制频率5.4kHz时,355nm紫外激光最高平均输出功率1.89W,脉冲宽度小于65ns,1h内输出功率抖动低于7%.     

LD抽运1319nm单频激光器的调谐和噪声抑制研究

研究了LD抽运单块非平面行波环行腔Nd:YAG激光器的调谐特性,通过控温法实现了1319nm单频激光的宽范围调谐,调谐范围14GHz。实验研究了影响1319nm单频激光器功率噪声主要因素,测量了激光功率噪声谱,并通过光电反馈抑制弛豫振荡功率噪声,弛豫震荡中心频率噪声抑制了30dB,提高了测量精度。     

LD抽运Nd:YAG/Nd:YVO4腔内和频500.9nm激光器

报道了一种采用复合腔进行腔内和频的500.9nm激光器。激光器由两个子谐振腔组成。在两个子谐振腔中,分别利用两个激光二极管抽运Nd:YAG晶体和Nd:YVO4晶体,并分别选择946nm波长与1064nm波长振荡进行和频。采用双端复合Nd:YAG晶体以减小高功率下激光晶体的热透镜效应,并结合热效应对高功率抽运下谐振腔进行优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式匹配。在两个子腔的交叠部分,利用KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配进行腔内和频,得到和频激光输出。当Nd:YAG与Nd:YVO4晶体上抽运功率分别为10.6 W和17.8 W时,获得了730mW的500.9nm青绿光激光输出,光-光转换效率为2.6%。实验结果和分析表明,利用复合腔和频是获得500.9nm激光输出的有效方法。     

大频差双折射双频Nd:YAG激光器

提出并论证了一种新型双频激光器研究方案,即在激光二极管(LD)抽运Nd:YAG激光器的谐振腔内,插入一只集纵模选择与纵模分裂于一体的多功能元件――晶体石英F-P标准具。因腔内存在双折射效应,每一激光纵模分裂为两个相互正交的线偏振模,即o模和e模;同样,Nd:YAG激光增益带宽范围内标准具的唯一透射极大峰也一分为二,即分裂为o峰和e峰。使一个o模位于o峰的峰顶处,并使一个e模位于e峰的峰顶处,即可实现o模和e模的同时运转。将厚度为0.645mm,切割角(晶体光轴与晶体表面法线间的夹角)为10°的晶体石英F-P标准具,置于腔长为40mm的Nd:YAG激光谐振腔内,获得了双纵模同时振荡输出,其频差约为2GHz。     

大能量短纳秒脉冲Nd：YAG激光

报道了一台大能量高光束质量激光二极管侧面泵浦的短纳秒脉冲Nd:YAG激光器。激光器包括纳秒电光调Q振荡器和两级侧面泵浦Nd:YAG棒状放大器。振荡级采用Nd:YVO₄晶体作为增益介质可减少热致双折射效应并降低腔内损耗。放大级采用两级串联放大的方式以提高放大倍数。最终，在脉冲重复频率为10 Hz时，获得了最大单脉冲能量为377 mJ、脉冲宽度为5.9 ns、平均光束质量因子为1.86的1064 nm激光输出。这种大能量、窄脉宽、高光束质量激光器有望用于远距离高精度的激光测距。     

Nd∶YAG/Cr∶YAG键合晶体的355nm激光器

报道了一台基于Nd∶YAG/Cr∶YAG键合晶体的全固态355nm紫外(UV)激光器的设计及实验结果。采用平-平腔结构获得高峰值功率、小束腰的1064nm基频光。在谐振腔外,未聚焦的1064nm基频光经KTP晶体倍频产生532nm波长激光,二者再经LBO晶体和频获得355nm紫外激光输出。实验中发现尽管Nd∶YAG与Cr∶YAG都是各向同性晶体,但在特定情况下输出的1064nm基频光具有近似线偏振的特性,此特性可以有效地增加二次谐波产生(SHG)时基频光的利用率,从而提高整台激光器的转换效率。而基频光的谱线宽度及发散角也影响二次谐波及三次谐波产生(THG)的转换效率,需使其尽量在晶体的允许带宽及允许角范围以内。综合这几点因素,对激光谐振腔进行了仔细设计。当激光二极管(LD)抽运功率为8W,激光器运行稳定时,基频光峰值功率达28kW,最终获得平均功率为124mW的355nm紫外激光。     

抑制Nd:YAG激光器自锁模的实验研究

用于抽运钛宝石的电光调Q Nd:YAG激光器会出现自锁模调制,导致峰值功率不稳从而损伤钛宝石晶体,为了抑制这种自锁模调制,分析了产生该现象的原因,研究了谐振腔内插入法布里-珀罗(F-P)标准具的技术方案。实验采用单个厚度20mm,膜层反射率60%的标准具,有效抑制了该Nd:YAG激光器的自锁模调制,实现了脉宽约70ns,脉冲能量约600mJ的1064nm激光的稳定输出,既避免了引入较大的插入损耗,又防止了对F-P标准具膜层的损伤。分析认为单个厚度合适、膜层反射率不太高的标准具可有效抑制Nd:YAG激光器自锁模现象的原因在于:标准具一个透射峰半峰全宽(FWHM)内理论上虽有约5个纵模,但偏离透射峰中心的纵模损耗较大,使得单个透射峰内实际起振的纵模可能只有1个;激光器的增益线宽内虽存在标准具的多个透射峰,但起振纵模因不相邻避免了形成相位锁定。     

大频差双折射双频Nd∶YAG激光器

提出并论证了一种新型双频激光器研究方案 ,即在激光二极管 (LD)抽运Nd∶YAG激光器的谐振腔内 ,插入一只集纵模选择与纵模分裂于一体的多功能元件———晶体石英F P标准具。因腔内存在双折射效应 ,每一激光纵模分裂为两个相互正交的线偏振模 ,即o模和e模 ;同样 ,Nd∶YAG激光增益带宽范围内标准具的唯一透射极大峰也一分为二 ,即分裂为o峰和e峰。使一个o模位于o峰的峰顶处 ,并使一个e模位于e峰的峰顶处 ,即可实现o模和e模的同时运转。将厚度为 0 6 45mm ,切割角 (晶体光轴与晶体表面法线间的夹角 )为 10°的晶体石英F P标准具 ,置于腔长为 40mm的Nd∶YAG激光谐振腔内 ,获得了双纵模同时振荡输出 ,其频差约为 2GHz。     

Nd:YAG/Cr:YAG键合晶体的355 nm激光器

报道了一台基于Nd:YAG/Cr:YAG键合晶体的全固态355 nm紫外(UV)激光器的设计及实验结果.采用平-平腔结构获得高峰值功率、小束腰的1064 nm基频光.在谐振腔外,未聚焦的1064 nm基频光经KTP晶体倍频产生532 nm波长激光,二者再经LBO晶体和频获得355 nm紫外激光输出.实验中发现尽管Nd:YAG与Cr:YAG都是各向同性晶体,但在特定情况下输出的1064 nm基频光具有近似线偏振的特性,此特性可以有效地增加二次谐波产生(SHG)时基频光的利用率,从而提高整台激光器的转换效率.而基频光的谱线宽度及发散角也影响二次谐波及三次谐波产生(THG)的转换效率,需使其尽量在晶体的允许带宽及允许角范围以内.综合这几点因素,对激光谐振腔进行了仔细设计.当激光二极管(LD)抽运功率为8 W,激光器运行稳定时,基频光峰值功率达28 kW,最终获得平均功率为124 mW的355 nm紫外激光.     

全固态复合式内腔和频500.8 nm连续波青光激光器

报道了一台全固态连续波500.8 nm青光激光器.实验中采用复合式谐振腔结构,用两个激光二极管阵列(LDA)经过光纤耦合分别单独端面抽运两块Nd:YAG晶体,青色激光由两块Nd:YAG品体的1064 nm和946 nm谱线非线性和频产生.在两个子谐振腔的交叠区域利用LBO Ⅰ类临界相位匹配进行腔内和频,通过谐振腔优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式与增益匹配.当注人到两块Nd:YAG晶体的抽运功率分别为12 W和8 W时,获得223 mW的TEM00模连续波500.8 nm青色激光输出,水平和乖直方向的光束质量M2因子约为1.2.实验结果表明,采用复合式腔结构和频是获取高功率500.8 nm青色激光输出的有效方法.     

Cr~(4+)∶YAG被动调QNd∶YAG陶瓷激光器的研究

介绍了近几年迅速发展的一种新型激光介质———透明Nd∶YAG多晶陶瓷的发展状况,对比分析了多晶陶瓷与单晶的光谱特性、激光特性和连续实验研究情况。并对钛宝石激光器调谐至808 nm,端面抽运Nd∶YAG陶瓷被动调Q全固态激光器的脉冲运转进行了较为详细的理论分析和实验研究。采用初始透射率为90%的Cr4+∶YAG可饱和吸收晶体,被动调Q的阈值功率为119 mW,当端面抽运功率为465 mW时,获得波长为1064 nm,脉宽为16ns,重复频率为18.18 kHz,单脉冲能量为3.4μJ,平均输出功率为61 mW的稳定调Q激光输出。采用不同初始透射率的Cr4+∶YAG晶体进行了实验和对比分析。     

激光二极管抽运复合腔和频连续波589 nm激光器

报道了一种利用复合腔进行腔内和频的589nm激光器.激光器由两个子谐振腔组成.在两个子谐振腔中,分别利用两个激光二极管(LD)抽运Nd∶YAG晶体和Nd∶YVO4晶体,并分别选择1319 nm波长(对应Nd∶YAG晶体的4F3/2→4I13/2跃迁)与1064 nm波长(对应Nd∶YVO4晶体的4F3/2→4I11/2跃迁)振荡进行和频.通过谐振腔的优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式与增益匹配.在两个子腔的交叠部分,利用BiB3O6(BIBO)晶体Ⅰ类临界相位匹配进行腔内和频,得到和频激光输出.当Nd∶YAG与Nd∶YVO4晶体上抽运功率分别为750 mW和600 mW时,获得了24 mW,589 nm黄橙激光输出.该输出激光光束质量好、噪声低.     

激光二极管抽运Nd∶YAG/Nd∶YVO_4共轴双晶体Cr∶YAG被动调Q激光器

报道了一种由激光二极管抽运的Nd∶YAG/Nd∶YVO4共轴双晶体的Cr∶YAG被动调Q激光器,利用这种方式相比于传统的Nd∶YAG/Cr∶YAG激光器提高了输出激光的偏振比,在非线性频率变换过程中得到了更高的转换效率,当抽运功率为10 W时获得了2.8 W的被动调Q 1064 nm激光输出,偏振比大于80∶1,激光重复频率为15 k Hz,脉冲宽度为7 ns,采用LBO作为非线性频率变换晶体,最终获得了223 m W的355 nm紫外激光输出。     

LD抽运单块非平面环形腔单频激光器

报道了激光二极管(LD)抽运单块非平面环形腔(NPRO)Nd:YAG激光器和LD抽运单块键合晶体非平面环形腔Tm:YAG激光器实现单频运转的实验结果.采用LD抽运的单块非平面环形腔Nd:YAG激光器,分别获得了1.876 W和616 mW的1064 nm和1319 nm的单频激光输出,对应的光一光转换效率分别为53.4%和19.2%.采用LD抽运单块键合晶体非平面环形腔Tm:YAG激光器,获得了878 mW的2μm单频激光输出,光一光转换效率为18.8%.为了减小2 μm激光器的热效应,采用一种新型的YAG+Tm:YAG+YAG键合单块非平面晶体结构形式并取得了良好的效果.     

无热退偏损耗Nd∶YAG环形腔单纵模激光器

在Nd∶YAG侧面泵浦四镜环形腔单纵模激光器内,采用薄膜偏振片反射光束作为输出光束,以消除环形腔内热退偏损耗,提高输出功率及效率。实验表明,该Nd∶YAG环形腔可单向运转并输出单纵模激光,环形腔激光器内无热退偏损耗。在驱动电流为21 A时,环形腔激光器输出5.1 W 1064 nm单纵模激光,输出激光线宽为200 MHz,输出光束为线偏振光。通过采用端面泵浦结构,以及采用对p偏振光反射率与泵浦功率相匹配的薄膜偏振片,激光器单纵模输出功率及效率可望进一步提高。