高稳定高光光效率的Yb∶YAG单薄片再生放大器

薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出,是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统,连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 ns的激光输出,水平方向上的光束质量因子(M_x²)和竖直方向上的光束质量因子(M _y²)分别为1.12和1.10。基于腔内光束指向主动控制技术,2 h输出的平均功率稳定性峰谷(PV)值和均方根(RMS)值分别为6.42%和0.56%。在600μs脉冲泵浦情形下,光光效率达16.1%。在10 kHz重复频率下,获得了53.3 W的高平均功率的激光输出,M _x²和M _y²分别为1.07和1.06。     

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。     

单频窄线宽窄脉宽高重复频率光纤激光器

报道了基于保偏光纤结构的窄线宽窄脉宽高重复频率光纤激光器。采用主振荡器功率放大器(MOPA)，主放大级采用芯径为40μm的光子晶体光纤(PCF)，获得了重复频率为10 kHz、脉宽为1.34 ns、光谱宽度为0.05 nm、脉冲能量为298μJ的稳定激光输出。通过腔外倍频的方式，使用长度为40 mm的温度匹配型三硼酸锂(LBO)晶体，获得了能量为155.5μJ的532 nm激光输出，倍频效率为52%，横向和纵向光束质量分别为M_x²=1.28和M_y²=1.26。该激光器可应用于基于单光子探测技术的空间激光探测雷达。     

高光束质量窄纳秒脉宽Nd∶YVO4板条脉冲串激光器

提出了一种高光束质量、窄纳秒脉宽、高重复频率脉冲串输出的电光调Q激光器。通过优化键合Nd∶YVO₄板条晶体掺杂区域的纵横比，结合腔模的最佳设计，限制腔内的高阶模式振荡，获得了两方向相近的高光束质量激光输出。利用激光二极管侧面泵浦键合的Nd∶YVO₄板条晶体，采用电光调Q技术，研究了不同重复频率下1064 nm脉冲串激光的输出特性。在输出镜最佳透过率为40%、子脉冲调Q重复频率为80 kHz的条件下，获得了平均输出功率为5.03 W、子脉冲能量为0.50 mJ、子脉冲宽度为5.9 ns的脉冲串激光输出。在谐振腔内加入小孔光阑，获得了平均输出功率为2.56 W、子脉冲能量为0.26 mJ、子脉冲宽度为7.2 ns的脉冲串激光输出，对应的x和y方向的光束质量因子分别为1.42和1.49。     

高重频大能量亚纳秒板条激光放大器研究北大核心CSCD

高重频大能量亚纳秒固体激光器具有重复频率高、单脉冲能量大、峰值功率高等特点,在国防军事工业加工等领域具有广泛的应用前景。本文报道了一种基于板条多程放大的亚纳秒激光放大器。种子光为重复频率1 kHz、平均功率4.5 W、脉冲宽度700 ps、波长1064 nm的基模激光,经过光束整形以匹配板条放大器口径,放大级采用角度复用及偏振变换实现四程放大,最终实现了重频1 kHz、单脉冲能量189 mJ、脉冲宽度720 ps、光束质量2倍衍射极限的亚纳秒激光输出。     

1645 nm单频脉冲Er:YAG陶瓷激光器

设计和研制了1645 nm Er∶YAG单频脉冲激光器系统,采用注入种子技术和对称泵浦的双Er∶YAG陶瓷结构,当脉冲重复频率为200 Hz时,获得了最大平均脉冲能量为22.75 mJ、脉冲宽度为223.1 ns的单频调Q脉冲激光输出,x和y方向上的光束质量因子分别为1.16和1.15,0.5 h内单频脉冲的中心频率稳定性为578 kHz,激光脉冲输出能量的不稳定性小于0.5%。     

结构紧凑的kHz重复频率光纤-固体皮秒激光光源

优化设计了光纤-固体皮秒激光光源中的窄光谱皮秒脉冲光纤激光振荡器及多级光纤放大器。光纤链路充分抑制了光纤中的放大自发辐射和非线性效应,以使系统工作在低至1kHz重复频率时,仍能保持大于20dB的光谱信噪比及小于0.5nm的光谱带宽。采用三级双通Nd…YVO_4固体放大器对该光纤链路输出的皮秒脉冲进行了放大。当系统重复频率为1,10,100kHz时,分别得到了2.34,4.30,10.30 W的平均功率输出,相应的单脉冲能量分别为2.34,0.43,0.10mJ。在Nd…YVO_4晶体仅为被动散热的条件下,当系统的输出功率不超过7 W时,输出光束的质量因子M21.3、光斑圆度大于90%。     

高能量高效率钕玻璃再生放大器

为了获得高能量、高效率的钕玻璃前置放大器,设计了一套钕玻璃再生放大系统。通过调节单程增益和优化腔模设计,使得增益介质中的小尺度自聚焦效应得到有效控制。在重复频率1Hz运行下,获得最大输出能量21mJ、脉冲宽度2.65ns的激光输出,相应的光-光转换效率为5%,总增益达108,光束质量因子M2=1.5,脉冲能量稳定性均方根(RMS)值小于2%(超过2h连续工作),光谱的中心波长为1052.92nm。     

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。     

基于光谱合束的双波长输出Nd:YAG固体激光器

报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长,从而实现合束,获得的激光源中心波长锁定在1 061.5 nm和1 064.6 nm,两谱线中心间距为3.1 nm,组合光束的输出能量为173 mJ,组合光束的光束质量因子M²为2.8×2.2;两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ,在合束方向上的光束质量因子M²分别为2.7和2.1,在非合束方向上的光束质量因子M²分别为2.2和1.9;组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%,组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M²基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求,在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。     

高光束质量短脉宽电光腔倒空Nd:YLF激光器

采用国产光纤束模块端面脉冲泵浦Nd:YLF激光晶体和电光腔倒空技术,实现了短脉宽、高稳定性和高光束质量的1 053 nm激光输出.在不同重复频率1 Hz至200 Hz及不同泵浦注入条件下,获得了脉冲宽度稳定在4 ns左右的激光输出;当重复频率为1 Hz、单脉冲注入能量为7.94 mJ时.单脉冲输出能量为0.78 mJ,脉冲稳定性的RMS为1.9%;当重复频率为200 Hz、注入平均功率为3.1 W时,输出平均功率为240 mW,脉冲稳定性的P-P值小于±5.1%.通过小孔选模获得了光束质量因子M2x为1.02、M2y为1.03的高光束质量激光输出.     

突发运行模式下的飞秒碟片再生放大器

为了获得高重复频率的飞秒激光脉冲,将突发运行模式引入飞秒碟片再生放大系统中。通过将再生放大器的腔长设计为9.3m,激光系统输出了接近衍射极限的激光脉冲,且激光脉冲的重复频率为电光调制频率的5倍。在电光调制频率为5kHz、吸收的抽运功率为98 W的条件下,获得了最高输出功率为10.7 W、光谱半峰全宽为1.18nm、脉冲宽度为777fs的双曲正割脉冲输出。再生放大器的光-光转换效率随着电光调制频率的增加而增加,从频率为0.5kHz时的12.4%增加到频率为5kHz时的25.3%。激光的输出稳定性在18~20℃的温度区间内随着水冷温度的降低而提高,激光系统输出功率的均方根从20℃时的0.93%变为18℃时的0.52%。该研究结果对于设计具有高重复频率、高功率且性能稳定的飞秒激光系统具有参考价值。     

Ho∶YLF激光泵浦的长波红外ZnGeP2光参量振荡器

以2.05μm Ho∶YLF激光器作为光源,泵浦了长波ZnGeP₂光参量振荡器,实现了高效率、高重复频率的长波激光输出。激光器输出的峰值波长为8.1μm,最大输出功率为3.2 W@10 kHz,泵浦激光到长波激光的光光转换效率为12%,斜效率为19.3%,激光单脉冲宽度为27.11 ns,单脉冲能量为0.32 mJ,单脉冲峰值功率为11.8 kW,X方向的光束质量因子为4.5,Y方向的光束质量因子为4.2。     

高稳定高性能皮秒光参量放大器抽运源研究

结合短脉冲光参量放大抽运源的需求,基于固体放大技术,对光纤锁模激光器输出的6nm带宽皮秒纳焦耳级激光脉冲进行放大,获得了6.2mJ的基频以及3.0mJ的倍频输出,输出脉冲的时间宽度为8.6ps,倍频光峰值功率密度为4.94GW/cm2。采用高增益的Nd3+…YLF再生放大器做前级放大器,利用其光谱增益窄化效应获得窄带的高功率光参量放大抽运光。理论计算表明,在此增益条件下,输出激光的光谱将被窄化至0.3nm。采取了合理的空间整形方案,输出激光的近场呈平顶分布,光束质量优良。再生放大器采用钢棒结构,降低温度变化对系统稳定性的影响,总能量输出稳定性优于1%(RMS)。     

基于黑磷可饱和吸收体的被动调Q Tm∶YAP激光器

介绍了一台2μm波段的被动调Q(PQS)模式Tm∶YAP激光器。该激光器采取直形腔结构，用输出中心波长为792 nm的激光二极管作为泵浦光源，用新型二维材料黑磷制备的可饱和吸收体作为PQS调制器件。实验结果表明：在连续波模式运转下，当泵浦功率为8.8 W时，Tm∶YAP激光器的输出功率为1.0 W，输出中心波长为1994.8 nm，相应的斜率效率为17.3%；在PQS模式运转下，当泵浦功率为8.8 W时，Tm∶YAP激光器的平均输出功率为0.9 W，输出脉冲宽度为1.3μs，重复频率为135.8 kHz；当平均输出功率为0.9 W时，Tm∶YAP激光器的输出中心波长为1986.7 nm，相应的斜率效率为14.2%，光束质量因子M_x²=1.10、M_y²=1.06。     

高光束质量闲频光谐振中红外MgO:PPLN光参量振荡器

报道了采用纳秒脉冲激光器泵浦基于掺杂氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)晶体的高光束质量、闲频光谐振中红外光参量振荡器。通过选取曲率半径为200 mm的凹面输入镜和平面输出镜来建立平凹腔,实现了高光束质量的近-中红外激光输出。当输入的最大泵浦能量为21 mJ时,输出信号光和闲频光的最大能量分别为3.2 mJ和1.12 mJ,对应信号光和闲频光的斜效率分别为24%和9%。通过在25～200℃范围内改变MgO:PPLN晶体温度,实现信号光波长1.505～1.566μm和闲频光波长3.318～3.628μm的激光调谐输出。由于闲频光单谐振的光参量振荡器具有较大的衍射损耗和光束发散角,可以提高输出闲频光的光束质量。采用刀口法测量得到中红外激光在两个正交方向的光束质量因子分别为M_x²≈1.2和M_y²≈1.2。     

低重复频率激光光束多参数实时监测系统

为了实现对数10 min一个脉冲,单脉冲能量5 J激光放大器多项输出参数的实时、高效率检测,设计了针对高能量、大截面和低重复频率激光系统输出的测量系统。该测量系统采用Fourier像传递技术,针对激光器的输出特性实现了对输出光束截面的清晰实时监测,并且能够同时检测光束的激光波长、光谱宽度、光斑尺寸、单脉冲能量、重复频率和偏振方向等数据。利用该统计系统能够计算光斑调制度、发散角、指向性、光束质量因子、能量稳定性、平均功率、功率稳定性、脉冲宽度、脉冲稳定性和偏振度等指标。     

激光二极管千赫兹级Nd:YVO4皮秒脉冲激光再生放大器

采用光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4激光晶体,抽运光平均功率为20W,脉冲宽度为100μs,获得了重复频率为1 kHz、平均功率为1.5 W的再生皮秒脉冲激光输出,脉冲宽度约为15 ps,两个方向上的光束质量因子均小于1.4。     

LDA抽运Nd:YLF再生放大器的实验研究

研制了一台激光二极管列阵(LDA)抽运的Nd:YLF再生放大器。再生放大器工作波长1053 nm，重复频率1 Hz，输出4 ns宽基横模TEM00激光脉冲的能量为2 mJ。总放大倍数达到了1×10 7，输出能量稳定性优于±4.7%(峰值)。给出了再生放大器的实验装置和有关实验结果。     

百瓦级PCFA/LBO倍频绿光皮秒激光器

具有高平均功率的皮秒级脉冲激光在工业加工、空间探测等领域具有重要的应用。但是锁模产生的皮秒种子光因脉冲宽度窄、单脉冲能量低,难以直接通过传统的行波放大实现功率的高效提升,因此也限制了输出脉冲的非线性频率转换效率。文中通过光栅啁啾脉冲展宽器和狭缝,将中心波长为1030 nm、脉冲宽度7 ps、重复频率52 MHz的光纤锁模种子光脉冲宽度展宽至32 ps,且将其光谱宽度控制在1.1 nm,利用两个空气包层光子晶体光纤放大器将功率放大至190 W。最后通过温度相位匹配LiB₃O₅ 晶体实现了平均功率为103.1 W的绿光皮秒脉冲输出,光束质量因子1.17,二次谐波转换效率54.3%。