高脉冲稳定性的100kHz皮秒再生放大器

报道了一种具有高脉冲稳定性的100kHz皮秒脉冲再生放大装置。该放大装置采用激光二极管(LD)端面抽运的Nd:YVO4晶体作为增益介质,RTP晶体作为电光晶体。再生腔的腔型为对称W型,总长1.8m。分析了皮秒脉冲在再生放大腔中往返次数和再生腔损耗对放大脉冲倍周期分叉现象以及稳定放大时输出功率的影响。抽运功率为30W时,通过选取最优的往返次数获得了功率为5.3W的高脉冲稳定性的再生输出,脉冲稳定性均方根(RMS)值小于2%。放大后皮秒脉冲脉宽为13.78ps,脉冲峰值功率3.84MW,再生腔输出的光束质量因子M2≤1.5。     

钛宝石激光器抽运Cr~(4 ),Yb~(3 ):YAG晶体薄片获得1.03um自调Q激光输出

我们最近进行了用钛宝石激光器抽运 Cr,Yb:YAG晶体的实验 ,获得了 1.0 3μm自调 Q激光输出。实验所用的 Cr,Yb:YAG晶体是本课题组用提拉法生长的 ,Cr和 Yb的浓度分别为 0 .5 at.- %和 10 at.- %。用 Ar 离子激光器抽运的钛宝石激光器作为抽运源 ,抽运光波长为940 nm,功率为 1W左右。激光腔设计成折叠腔 ,抽运光经过一个焦距为 75 mm的透镜和腔镜后 ,聚焦在 10 mm× 10 mm× 1mm的 Cr,Yb:YAG晶体薄片上。晶体薄片固定在热沉板上 ,热沉板通恒温循环水冷却。腔镜的一面镀 940 nm增透膜 ,另一面镀 940 nm增透膜和 1.0 3μm高反膜。晶体…     

425mJ高光束质量特殊取向Nd:YAG激光放大器

基于主振荡功率放大结构,采用特殊取向Nd:YAG激光放大器,获得高脉冲能量、高光束质量的激光输出。激光放大结构包含种子源、预放大级和主放大级三部分。在主放大级中,采用串联放置的激光二极管侧面抽运Nd:YAG棒状放大模块对种子光进行放大。为了获得高光束质量的输出光束,对不同切割方向Nd:YAG晶体棒的热退偏损耗进行了模拟。根据模拟结果,放大模块选择[100]切割方向的Nd:YAG晶体棒作为增益介质。在重复频率为200Hz、脉宽为25ns、脉冲能量为40μJ、光束质量接近衍射极限的种子光注入条件下,获得了425mJ脉冲能量输出,输出光光束质量因子为1.37,功率稳定度为0.81%。     

拍瓦级激光系统前端波前热畸变和晶体动态热透镜效应的测量

为了有效改善飞秒拍瓦激光系统的输出波前质量,研究了10Hz前端激光脉冲的波前随泵浦能量的变化特性.结果表明:由于增益介质的热效应,放大光束的斯特尔率(Strehl ratio)随泵浦能量的增加而下降,这说明光束的聚焦性能发生改变.利用波前展开的Zernike系数,进一步分析研究发现,由于热透镜效应,经多通放大的激光脉冲波前不仅离焦量发生了变化,像散量也发生了变化.离焦量和像散畸变是光束经过多程放大后畸变变化的两个主要分量,要改善波前必须予以补偿.在此基础上,用He-Ne光作为探测光,测量了实验装置中的钛宝石在不同泵浦能量下的热焦距,与基于钛宝石晶体参数计算出的理论值符合较好.     

高平均功率板条激光器设计研究

报导了九五预研高效能固体激光器课题中高平均功率项目的研究成果,介绍了应用于该项目的谐振腔设计.该系统采用高重复频率脉冲方式工作;激光头采用一级振荡输出方案;激光工作物质选取板条状几何结构的Nd∶YAG晶体;抽运腔采用紧耦合漫反射聚光腔;谐振腔采用虚共焦非稳定腔腔型;输出镜镀变反射率反射膜,超高斯线形.工作物质采用板条状几何结构,面抽运,面冷却,光束在激光晶体内走之字型,大大降低了高功率工作时激光晶体热效应对光束质量的影响.漫反射聚光腔的均匀抽运同样有助于激光晶体内温度分布的简单化,进而有助于光束质量的提高.试验中采用了一根6×30×203规格的Nd∶YAG板条晶体,用四支脉冲氙灯抽运,重复频率为100 pps,最后得到输出功率1028 W,单脉冲能量大于10 J(脉宽大于200 μs),光束质量优于三倍衍射极限,M2x=2.386, M2y=2.528.持续工作时间0.5小时,不稳定度为2.1%.(OC34)     

啁啾脉冲激光通过钛宝石放大介质传输特性研究

从非线性薛定谔方程出发,运用分步傅立叶变换(FFT)算法,研究了啁啾脉冲激光在钛宝石放大介质中的传输和放大特性,详细讨论了放大介质的增益饱和与增益窄化效应,以及光束的波前位相畸变对输出脉冲时空特性的影响。     

正分支共焦非稳腔的脉冲固体激光器研究

为了获得高光束质量中红外激光抽运源,采用正分支共焦非稳腔设计Nd:YAG脉冲固体激光器。在考虑晶体热效应情况下,对其腔型参量进行了数值模拟和试验验证,获得重复频率10Hz、脉冲宽度9.7ns、单脉冲能量260mJ、光束参量积3.5mmmrad的激光输出。该激光经放大后抽运MgO:LiNbO3晶体,实现波长3.85m、脉冲宽度8ns、单脉冲能量104mJ的激光输出,光光转换效率为12.5%。结果表明,该抽运源光束质量满足高峰值功率中红外光参变振荡激光器使用要求,为光电对抗领域的应用奠定了技术基础。     

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。     

钛宝石再生放大器

钛宝石再生放大器最近我们利用中国科学院上海光机所生长的钛宝石激光晶体，研制成功了钛宝石激光再生放大器。放大器输出光脉冲能量为３．６ｍＪ，工作中心波长为８００ｕｒｎ，重复频率为每秒１０次。再生放大器的腔为平凹腔。凹面镜曲率半径Ｒ－４ｍ。腔长正．７６ｍ。...     

Nd:GdVO_4/Cr:YAG微片式脉冲激光器

以Cr:YAG作为可饱和吸收体,实现了激光二极管(LD)端面抽运Nd:GdVO4晶体的微片式被动调Q激光器。Nd:GdVO4晶体的尺寸为3 mm×3 mm×1 mm,a向切割,Nd3+掺杂原子数分数为0.5%,抽运端面镀有对808 nm增透和对1.06μm高反的双色膜,作为激光谐振腔的输入镜。Cr4+:YAG的尺寸为9.5 mm×1.1 mm,初始透射率为77%,其外端面镀有对1.06μm透射率为15%的部分反射膜,作为激光谐振腔的输出镜。谐振腔的长度为5~6 mm。激光的抽运阈值为4.62 W,当抽运功率为13.86 W时,最大平均输出功率为0.98 W,相应的光光转换效率为7%,斜率效率为9.5%,最高重复频率、最大单脉冲能量和最短脉冲宽度分别为23.4 kHz,44.6μJ和2.9 ns,相应的峰值功率为15.4 kW。     

638 nm、532 nm 激光泵浦的连续波翠绿宝石激光器

报道了一种高功率、高光束质量的755 nm连续波翠绿宝石激光器。首先,对比研究了638 nm激光二极管（LDs）和532 nm固体激光器单端泵浦的翠绿宝石激光器。当638 nm LDs作为泵浦源时,得到的连续输出功率、光-光转换效率分别为3.9 W和19.7%。保持其他条件基本不变,将泵浦源换成532 nm激光器,得到的连续输出功率、光-光转换效率分别为2.1 W和10.0%。结果表明利用 638 nm LDs泵浦翠绿宝石可获得更高的激光功率和转换效率。此外,研究了638 nm LDs双端泵浦的翠绿宝石激光器,在755 nm处得到了6.2 W的连续输出功率,相应的光-光转换效率和斜效率分别为16.3%和24.2%,并且连续输出功率为5.0 W时的光束质量M2优于1.47,这是翠绿宝石激光器在近衍射极限下的最高连续输出功率。这种高功率、高光束质量的755 nm翠绿宝石激光器为连续波紫外激光器的研制提供了良好、稳定的基频源。     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

用于355nm紫外光源的腔外倍频全固态激光器

为保证高输出功率前提下获得高光束质量的1064和532 nm激光共向输出,实验中,首先采用主振荡功率放大器系统有效地控制基频光束质量,获得平均功率为70 W、重复频率为10 kHz、脉宽为60 ns和光束质量因子M2约为3.9的1064 nm基频激光;接着利用二级放大器,获得平均功率为182.9 W,脉宽为80 ns的...     

VRM腔高光束质量高功率双波长激光器

研制的双波长短脉冲激光器采用大模体积腔+渐变反射率输出镜技术,对二极管泵浦棒状激光介质产生的热透镜及热退偏进行补偿,在500 Hz下实现了谐振腔短脉冲能量140 mJ,脉宽约17.76 ns的1 064 nm激光输出,20 min能量不稳定性RMS值小于0.3%,激光光束质量M21.6。该实验结果与采用MOPA技术路线谐振腔+预放的方式技术指标相当,但采用谐振腔的技术路线结构简单紧凑。采用水热法生长抗灰迹效应的GTR-KTP晶体作为倍频晶体,相位匹配方式选择Ⅱ类相位匹配,倍频后532 nm激光单脉冲最高能量96 mJ,最高倍频效率68.6%,激光光束质量M22.1。通过能量调节设计,实现了线偏振态1 064 nm和532 nm激光功率连续可调共光轴输出。     

全固态LBO腔内倍频556 nm黄光激光器

全固态黄光激光器大多采用掺Nd^3＋激光晶体的^4F3/2-^4I11/2和^4F3/2-^4I13/2能级跃迁和腔内和频技术来获得，由于在输出光斑质量和功率稳定性方面一直存在较多困难，所以寻找合适的基频光谱线同时利用腔内倍频是一种切实可行的解决方案。通过对Nd：YAG激光谱线分析以后发现^4F3/2-^4I11/2这两个能级间部分激光谱线（1112nm，1116nm，1123nm）经过倍频以后正好可以获得黄光激光输出。通过对Nd：YAG各主要谱线激光参量比较和分析后发现，要想获得增益较低激光谱线1112nm，1116nm，1123nm振荡，可以通过镀制特殊要求的谐振腔膜抑制增益较大的1064nm，1319nm，946nm激光谱线运转来实现。通过对谐振腔膜系的设计以及倍频晶体的合理选择和放置，采用LBO晶体腔内倍频，利用2W的激光二极管（LD）抽运Nd：YAG，获得了556nm黄光激光输出，在1．6W的抽运功率下，最大输出功率为102mW，光-光转换效率为6．4％。     

高功率全固态准连续钛宝石激光器的实验研究

以激光二极管阵列(LDA)抽运Nd：YAG内腔倍频激光器作为抽运源,实现了全固态准连续钛宝石激光器的高功率、高效率运转。实验中,选择750～850nm宽带膜片组,钛宝石输出镜的透过率分别为T=5％、10％和15％。当532nm的抽运光为27W时,得到了6W输出功率及22．2％的转换效率。     

高功率、高效率、全固态准连续钛宝石激光器

以激光二极管阵列抽运Nd：YAG内腔倍频激光器作为抽运源，实现了全固态准连续钛宝石激光器的高功率、高效率运转。当532nm的抽运光为24W时，得到了4．7W输出功率及19．6％的高转换效率。为了获得钛宝石激光器理想的宽带输出，分别使用了两组膜片。第一组是750～850nm，第二组是850～950nm，每组膜片都有三种透过率，分别为5％，10％，15％。由于钛宝石荧光谱线的中心波长在795nm附近，使用第一组膜片在透过率为10％的情况下获得了最大4．7W的输出功率。使用第二组膜片也获得了3W左右的输出功率，为将要进行的宽带调谐提供了必要的前提。     

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.     

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。