百瓦级绿光DPL激光器技术研究

对激光二极管侧面抽运Nd:YAG板条双程功率放大器进行了研究,激光器基模输出平均功率大于200 W,建立了激光二极管侧面抽运Nd:YAG之字型板条激光主振荡-多程功率放大(MOPA)系统,它由两级Nd:YAG板条双通功率放大器构成,最后一级为单通放大器.在500Hz重复频率时,获得单脉冲能量为410mJ的1.06μm激光输出,光束质量M2小于6.5,KTP晶体在80℃温度下倍频,输出0.53 μm绿光单脉冲能量210mJ,光束质量M2小于6.5.     

激光二极管抽运的高效高重复频率Nd:YAG陶瓷激光器

研制了激光二极管(LD)抽运的高效高重复频率声光调QNd,YAG陶瓷微型激光器件。激光器采用激光二极管纵向同轴抽运Nd：YAG陶瓷得到1064nm近红外激光输出，采用熔融石英作声光介质，声光调Q重复频率1Hz～115kHz可调。使用2W的激光二极管抽运，获得脉冲宽度16．4ns，峰值功率2．46kw，单脉冲能量40．5μl的稳定运转。在重复频率110kHz时获得495mw的平均功率，总光一光转换效率达24．75％。研究了重复频率及抽运功率对声光调Q脉冲激光器性能的影响，并对实验结果进行了相应的分析讨论，在理论上加以合理的解释。     

大能量窄脉宽高平均功率绿光激光器

研制了在大能量窄脉宽情况下实现高平均功率输出的绿光激光系统。利用激光二极管抽运Nd∶YAG晶体,采用RTP晶体电光调Q和主振荡功率放大的功率分摊技术,实现大能量窄脉宽高重复频率532 nm绿光激光输出。输出基频光波长1064 nm,脉冲平均能量213 mJ,工作频率100 Hz,光-光转换效率12%。采用Ⅱ类相位匹配高抗灰迹KTP晶体腔外倍频,输出绿光波长532 nm,脉冲平均能量127 mJ,工作频率100 Hz,脉冲宽度7.2 ns,光束质量20mm.mrad,532 nm插头效率2.1%。     

2kHz毫焦耳级532nm激光雷达紧凑型激光光源的研制

绿光激光雷达是探测大气气溶胶的有效工具。作为光源的激光器对激光雷达有决定性的影响,激光器性能的改善将显著提高激光雷达的探测能力。依据微脉冲激光雷达光源的要求,研制了一台高光束质量、高重复频率、高脉冲能量的紧凑型激光二极管(LD)端面抽运声光调Q毫焦耳级532nm绿光激光器。在2kHz的重复频率下,获得了脉冲能量为0.9mJ、脉宽为22ns的绿光输出,光束M2因子小于1.76、能量不稳定度为±2%。该激光器有助于提高微脉冲激光雷达的探测距离、探测速度和探测精度。     

高效高功率侧面抽运腔内倍频连续绿光激光器

激光二极管(LD)侧面抽运的内腔倍频激光器技术是实现高功率、高稳定且低成本连续绿光激光器的有效方法。为满足激光彩色显示、激光加工、数据存储、医疗卫生和科研等领域对连续绿光激光器的需求,研制了一台高效、高功率侧面抽运腔内倍频Nd∶YAG/KTP连续绿光激光器。采用优化的平-凹-平三镜折叠腔结构,Ⅱ类相位匹配KTP晶体内腔倍频,当808 nm激光二极管抽运功率约为180 W时,得到最高18.7 W的连续绿光激光输出,对应的光-光转换效率为10.4%。在输出功率15.4 W时测量激光功率稳定性,其功率不稳定度小于0.5%。输出光束平滑,远场为类高斯分布,用刀口法测量了激光器不同输出功率时的光束质量,光束传输因子M2小于7。     

激光二极管侧面抽运调Q倍频Nd:YAG激光器

对高平均功率输出的激光二极管侧面抽运电光调Q倍频Nd：YAG激光器进行了研究,当采用90个60W的脉冲激光二极管阵列抽运时,在重复频率为10Hz下,实现了最大平均功率为1180mw的1064nm红外激光输出,光-光转换效率为11％。腔外倍频获得600mW的532nm绿光输出,倍频效率达到50％以上。     

激光二极管抽运的高效高重复频率Nd∶YAG陶瓷激光器

研制了激光二极管(LD)抽运的高效高重复频率声光调QNd∶YAG陶瓷微型激光器件。激光器采用激光二极管纵向同轴抽运Nd∶YAG陶瓷得到1064nm近红外激光输出,采用熔融石英作声光介质,声光调Q重复频率1Hz～115kHz可调。使用2W的激光二极管抽运,获得脉冲宽度16.4ns,峰值功率2.46kW,单脉冲能量40.5μJ的稳定运转。在重复频率110kHz时获得495mW的平均功率,总光光转换效率达24.75%。研究了重复频率及抽运功率对声光调Q脉冲激光器性能的影响,并对实验结果进行了相应的分析讨论,在理论上加以合理的解释。     

350 mJ LD侧面抽运Nd:YAG无水冷调Q激光器

研制了一台无水冷激光二极管(LD)侧面抽运高能量、高光束质量全固态Nd:YAG调Q激光器。激光器采用半导体制冷器(TEC)进行整体冷却,有利于激光器的小型化、便携化。实验使用的Nd:YAG晶体棒尺寸为φ7mm×100mm,掺Nd的原子数分数为1.1%,LD抽运的最大峰值功率为15kW。在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350mJ、脉冲宽度为9.7ns、光-电转换效率为6.7%、能量稳定度小于5%的1064nm激光输出,水平和垂直方向的光束质量M2分别为7.7和12.3。     

二极管抽运200Hz TEM00模Q开关Nd:YAG激光器

用三只QCW-600W激光二极管侧面抽运Nd:YAG激光器,在重复频率为200Hz,单脉冲注入能量为270mJ条件下,实现了29.7mJ,TEM00模调Q激光输出,M2=1.12,脉宽6.4ns,光-光转换效率11%,斜效率16.5%,输出能量不稳定度1.14%.通过KTP晶体腔外倍频,获得了单脉冲能量16.8mJ,脉宽5.6ns的绿光输出,倍频效率56.6%.     

梯度补偿法控温晶体的高功率绿光激光器

研究了平均功率超过30W的稳定高效全固态绿光激光器,分析得出影响全固态腔内倍频激光器倍频效率和输出稳定性的主要因素是倍频晶体局部温升造成的相位失配和热透镜效应,采用温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,降低激光器工作中倍频晶体内外温度梯度从而有效地克服因晶体局部温升造成的倍频相位匹配角失配和热透镜效应。采用三条60W的半导体激光二极管阵列板条侧面抽运Nd:YAG激光增益介质棒,采用声光调Q,平凹直腔和腔内倍频结构配合温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,得到了稳定高效的532nm绿光输出。在抽运电流25A,抽运功率174.6W时,得到了脉冲宽度110ns,重复频率10kHz,输出平均功率31.6W稳定高效的绿光输出,光-光转换效率为18.1%,功率稳定性为±0.66%,绿光输出光束质量因子M2=4.3。     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。     

LD端面抽运Nd:YLF/Nd:YAG多波长脉冲激光器

报道了一台激光二极管(LD)双端面抽运Nd:YLF和Nd:YAG双晶体串接多波长输出脉冲激光器。在抽运能量40.5mJ,电光调Q重复频率500Hz的工作条件下,获得单脉冲能量约为6mJ的1064nm/1053nm双波长激光脉冲输出,光-光转换效率约为14.8%。相同抽运条件下在腔内插入I类相位匹配LBO晶体作为非线性频率转换器,获得了脉冲总能量为3.6mJ的526.5、529.0、532.0nm三波长同时输出,由抽运光到输出绿光脉冲的转换效率约为8.9%,测得光束质量因子分别为M2x=1.61,My2=1.25。     

全固态准连续Nd:YAG/LBO绿光激光器

采用双Nd:YAG棒串接加90°旋光器补偿热致双折射,双声光Q开关调制,LBO晶体腔内倍频,实现了532 nm准连续绿光输出.重复频率10 kHz时,532 nm绿光输出功率达69 W,脉宽200 ns.重复频率15 kHz时,532 nm绿光输出功率达71 W,脉宽250 ns,倍频转换效率57.5%.     

高重复频率、窄脉宽全固态光纤放大器种子源

高重复频率、窄脉宽的全固态激光器种子源级联光纤放大器是获得高功率脉冲激光输出的有效手段.短上能态寿命的Nd:YVO4晶体在连续抽运、高重复频率Q开关工作时容易得到接近连续性能的平均输出功率.理论分析了声光(AO)调Q器件中影响输出能量和脉宽大小的主要因素,优化配置了腔型参数.利用激光二极管(LD)光纤耦合模块端面抽运Nd:YVO4晶体,实现了声-光调Q重复频率100 kHz以上,脉宽20 ns以下,波长1064 nm的激光输出.在抽运功率5.7 W时,得到了脉宽15.3 ns,重复频率150 kHz的种子光输出,在级联单级光纤放大器后,得到了20 W的输出.     

二极管端面抽运千赫兹激光器

大功率千赫兹激光器作为雷达系统的核心部分之一,在大气科学的研究中显得极为重要。实现大功率千赫兹激光器的可行方式之一是采用主振荡功率放大器。为了获得窄脉宽、高光束质量的千赫兹主振荡器,采用二极管端面抽运的千赫兹电光调QNd:YAG激光器的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了重复频率1kHz、脉冲宽度5ns、单脉冲能量2.7mJ的1064nm激光输出,光光转换效率40%、光束质量M2=1.2。结果表明,该研究为1kHz,500W,10ns绿光主振荡功率放大器提供了合格的种子源。     

100MW级高峰值功率高光束质量Nd:YAG激光器

报道了一台高峰值功率、高光束质量、高稳定性的100 MW级脉冲灯泵浦Nd:YAG激光器。激光器整机采用种子注入功率放大方式,由激光脉冲放大理论出发,理论分析了影响放大级输出能量密度的因素,结合腔型结构优化设计,合理地选取了实验器件参数。实验中,本振级采用基模动态稳定腔结合电光调Q方式,实现了42mJ基模脉冲激光稳定输出,发散角为0.9mrad。当重复频率为10Hz时,经过腔外两级放大,激光器最终获得了1.146 J的1 064 nm动态激光,脉宽为9.2 ns;输出光束为平顶高斯型分布,发散角为0.3 mrad,1 h内的能量不稳定度RMS≤2.88%。     

应用于EAST TS诊断的高能高频Nd:YAG激光器设计

设计了一台可输出1064 nm和532 nm激光脉冲的高能高频激光器,分别用于EAST汤姆逊散射诊断系统对芯部区域和边界区域等离子体电子温度和密度的诊断。该激光器采用电光调Q、卡塞格林非稳腔以及氙灯泵浦脉冲放大器实现频率为100 Hz的3.5 J@1064 nm激光输出。通过两级半导体侧泵浦模块对基频光能量放大,输出激光能量5.5 J@1 064 nm。通过理论计算和分析,确定泵浦模块的放大能力,并与实验结果进行对照。采用LBO晶体对基频光进行倍频,输出能量为3 J@532 nm的脉冲激光,倍频效率为55%。输出基频光光斑直径约为14.51 mm,脉冲宽度11.90 ns,倍频光光斑直径约为17.81 mm,脉冲宽度9.92 ns,激光脉冲呈超高斯平顶分布。重复频率从1~100 Hz可调,汤姆逊散射诊断的空间分辨率达10 ms,为芯部和边界输运垒等微观物理问题的研究提供了条件。     

LD泵浦5 kHz电光调Q的Nd:YVO4激光器

本文描述了连续二极管激光器(LD)端面泵浦Nd：YVO4晶体，在200～5000Hz电光调Q的情况下，激光输出特性的研究．当二极管输入电流在25A(约10W)，电光Q开关重复率为1kHz时，1064nm激光的平均输出功率为160mW，脉宽为20ns．并对实验结果进行了分析和讨论．     

基于亚纳秒微片激光器的能量放大器的研究

高脉冲能量和窄脉冲宽度的激光放大器可以应用在诸多领域,例如激光加工、激光医疗美容和激光雷达。种子源激光器与行波放大结构相结合的主振荡功率放大（MOPA）技术,既能保证输出的脉冲激光相关特性（如脉宽和重复频率等）与种子源特性一致,又能实现激光输出能量的放大。因此MOPA技术成为激光放大器工程应用中的主要技术。本课题针对医疗美容对亚纳秒级大能量激光放大器的需求,研制了一台基于亚纳秒微片固体激光器的激光放大器。首先,采用亚纳秒被动调Q微片固体激光器作为种子源。种子源激光器在重复频率为10 Hz,脉冲宽度为487.3 ps时输出能量为190 μJ的1064 nm种子光。然后,利用自制的两个氙灯泵浦Nd: YAG模块作为主放大器对亚纳秒激光脉冲能量进行放大,对放大过程自激振荡产生的能量实现了抑制,有效地提高了放大过程中的能量转换效率。最终,得到了波长1064 nm和532 nm可切换输出,在重复频率为10 Hz时,获得了脉冲宽度496.4 ps,脉冲能量561 mJ@1064 nm,330 mJ@532 nm,能量稳定性2%且光斑均匀的亚纳秒激光输出。     

Scalable visible Nd:YAG pumped Raman laser source

Experimental and analytical studies of a 60 Hz, 0.45 W, 630 nm Raman laser source with a 12 ns pulse duration have demonstrated an overall electrical to optical efficiency of 0.12 percent. This is the first demonstration of a short pulse, high repetition rate red laser at such a high average output power without the need for a visible pump laser. Additional significance arises from the fact that simple extensions of the present work will produce many wavelengths in the visible and near infrared (IR) spectral region. A 1064 nm Nd:YAG pump laser operating at 60 Hz was used to pump a methane gas Raman laser operating at 1544 nm. This wavelength was mixed with the remaining 1064 nm laser output in noncritically phase matched lithium niobate to produce 630 nm radiation. The optical energy conversion efficiencies for the three steps were 1.4, 30, and 20 percent, respectively, for output energies of 86 mJ at 1064 nm, 15 mJ at 1544 nm, and 7.5 mJ at 630 nm. rms pulse amplitude variation measured 6 percent or less. A 10.7 million pulse life test was conducted, and the average output energy did not vary more than ±10 percent from its initial value.