激光二极管抽运的高光束质量的Yb:YAG薄片激光器

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb:YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800μm,在940 nm处最大输出功率为13.56W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30:12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8 at.-%,几何尺寸为φ7mm×1.6 mm国产Yb:YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了3.06 W的连续激光输出,激光器的斜率效率为33.1%,测得M2因子在x和y方向分别为1.54和1.73,具有良好的光束质量.     

边缘抽运薄片Nd:YAG激光器

边缘抽运薄片激光器设计使得冷却面和抽运面分开,解决了高功率抽运和抑制放大自发辐射问题,简化了激光器的结构设计.利用边缘抽运六角形1.at-%Nd:YAG薄片获得了5.1 W的输出,斜率效率为11.9%,并使用光线追迹的方法,分析了抽运光在晶体中的分布和吸收情况,指出了发展边缘抽运薄片激光器所要解决的关键技术.     

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。     

二极管抽运Nd∶YAG薄片激光器研究

报道了采用脉冲二极管抽运的高功率薄片激光器。通过合理设计泵浦光四通薄片增益介质面泵浦耦合系统,实现了泵浦光在薄片增益介质的均匀泵浦;通过实验实现了1.2 kW的激光输出,光-光转换效率25%。     

激光二极管侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器

报道了激光二极管(LD)侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器.对影响侧面抽运薄片激光器性能的主要因素,即圆薄片增益介质内晶体光分布和沿径向的温度分布进行了理论分析和实验.实现了光-光转换效率为33.5%,峰值功率为230 W,光束参数乘积为21.6 mm·mrad的激光输出.实验结果表明,侧面抽运在薄片Nd:YAG晶体内可实现对称均匀的分布,沿径向的温度差大大减小;Nd:YAG/YAG薄片晶体的复合可满足侧面抽运的要求.这些技术和方法可应用于更高功率的侧面抽运薄片激光器.     

薄片激光器低畸变冷却技术研究

薄片激光器的导热距离短,能显著降低热透镜效应,已经成为高功率固体激光研究的热点。然而,随着泵浦口径和泵浦功率的不断增大,热效应愈发严重,其造成的热致畸变成为限制激光器出光功率和光束质量的主要因素之一。针对大尺寸薄片激光器工作时热致畸变过大的情况,提出了基于非均匀冷却的微通道复合射流冲击的流道设计思路。基于该思路完成了中心辐射结构冷却器的设计,并借助流-固-热耦合仿真,研究了不同冷却器的流道结构参数对增益介质热致畸变的影响。实验结果表明,采用中心辐射结构的冷却器能将相同条件下的增益介质的光学畸变缩小50%。     

1.5 kW激光二极管抽运Nd:YAG薄片激光器

报道了一台输出功率超过1.5 kW的激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器.设计了四通光学耦合系统,通过优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布.薄片激光介质镀完介质膜后镀Ti,Pt,Au实现金属化,再采用铟焊工艺焊接在铜微通道冷却器上,以提高散热效率和冷却的均匀性.采用两片直径40 mm,厚度1.3 mm的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个二极管激光器阵列抽运下,当每个薄片上的抽运峰值功率为17.7 kW,占空比10%时,获得了平均功率1.52 kW的准连续激光输出,光-光转换效率达到43%,电-光转换效率超过20%.     

激光二极管抽运的高光束质量的Yb∶YAG薄片激光器

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb∶YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800μm,在940nm处最大输出功率为1356W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30∶12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8at.%,几何尺寸为7mm×16mm国产Yb∶YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了306W的连续激光输出,激光器的斜率效率为331%,测得M2因子在x和y方向分别为154和173,具有良好的光束质量。     

激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2因子约为12×13。     

1.5kW激光二极管抽运Nd∶YAG薄片激光器

报道了一台输出功率超过1.5kW的激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器。设计了四通光学耦合系统,通过优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。薄片激光介质镀完介质膜后镀Ti,Pt,Au实现金属化,再采用铟焊工艺焊接在铜微通道冷却器上,以提高散热效率和冷却的均匀性。采用两片直径40mm,厚度1.3mm的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个二极管激光器阵列抽运下,当每个薄片上的抽运峰值功率为17.7kW,占空比10%时,获得了平均功率1.52kW的准连续激光输出,光-光转换效率达到43%,电-光转换效率超过20%。     

边缘抽运非对称Yb:YAG盘片激光器

为了对Yb:YAG固体盘片激光器进行简单高效的抽运,采用了边缘抽运的方式,使用LD阵列通过光束耦合装置对非对称Yb∶ YAG/YAG复合晶体进行抽运,获得了80%以上的抽运光吸收效率和较均匀的吸收分布;同时,为了避免高功率工作下晶体过热导致性能下降,对这种抽运结构的散热装置结构进行了理论分析和实验研究,自主设计了理论散热效率超过12W/(cm2*K)的微喷式散热系统,并进行了实验.在抽运吸收功率750W时获得了123W的连续光输出,斜率效率达到34.8%.结果表明,边缘抽运方法在LD抽运盘片激光器的研究中有着很好的应用前景.     

二极管泵浦Yb：YAG thin disk激光器调谐及腔内倍频的研究

研究了半导体激光二极管泵浦 Yb:YAG 薄片激光器的调谐和腔内倍频.通过在激光谐振腔内插入石英双折射滤光片,对激光中心波长进行调谐,调谐范围为 1020.5 nm到1034.7 nm;采用折叠腔,使用Ⅰ类临界相位匹配的LBO晶体腔内倍频,室温下得到2.5 W连续515 nm绿光输出,1小时内绿光最大输出功率的波动小于1%.     

激光二极管泵浦Yb:YAG激光器

通过对Yb:YAG晶体中Yb3 粒子的吸收谱的分析和讨论,认识到Yb:YAG晶体作为LD泵浦固体激光器的激活介质,有着其它晶体所没有的优点:能级结构简单.在此基础之上,设计了一套LD端面泵浦Yb:YAG激光器.在泵浦光强为25 W时,获得了6.09W的1030 nm稳定的连续激光输出,光光转换效率为24.3%,斜效率为31.6%.     

边缘抽运非对称Yb:YAG盘片激光器

为了对Yb:YAG固体盘片激光器进行简单高效的抽运,采用了边缘抽运的方式,使用LD阵列通过光束耦合装置对非对称Yb:YAG/YAG复合晶体进行抽运,获得了80%以上的抽运光吸收效率和较均匀的吸收分布;同时,为了避免高功率工作下晶体过热导致性能下降,对这种抽运结构的散热装置结构进行了理论分析和实验研究,自主设计了理论散热效率超过12W/(cm2·K)的微喷式散热系统,并进行了实验。在抽运吸收功率750W时获得了123W的连续光输出,斜率效率达到34.8%。结果表明,边缘抽运方法在LD抽运盘片激光器的研究中有着很好的应用前景。     

300-W cryogenically cooled Yb:YAG laser

Thermooptic effects often limit the power and beam quality of bulk-solid-state lasers. Cryogenically cooled (/spl sim/100 K) Yb:YAG lasers have been previously demonstrated to have relatively low thermooptic effects and high efficiency due to improved material properties at low temperatures. In this work, >300-W average power with M/sup 2//spl sim/1.2 and 64% optical-optical efficiency has been demonstrated from an end-pumped-rod geometry power oscillator. To our knowledge, this is the highest average power to date from a cryogenically cooled Yb:YAG laser.     

二极管泵浦Yb:YAG Thin Disk激光器光束质量及V型腔腔内倍频的研究

Thin Disk激光器由于其独特的设计可以同时获得高转换效率和光束质量。对Yb：YAG Thin Disk激光器中泵浦光斑与腔模的耦合对光束质量的影响作了分析，并在普通直腔和Ⅴ型腔的实验中分别获得M^2：1．15，13.69W和M^2=1．12，13．85W的1030nm激光输出，还在Ⅴ型腔中进行了腔内倍频的实验研究。     

Operation of erbium-doped fiber amplifiers and lasers pumped withfrequency-doubled Nd:YAG lasers

An optical amplifier consisting of an erbium-doped germanosilicate fiber optically pumped at 532 nm is described. Negligible excited-state absorption at 532 nm allows efficient pumping, enabling a gain of 34 dB at 1536 nm to be obtained for only 25 mW of pump power. The pulsed pump source produces negligible noise on the small signal if the pump repetition rate is above 10 kHz. Pulsed laser operation is achieved by pumping a Fabry-Perot erbium-doped fiber laser with a frequency-doubled Q-switched Nd:YAG laser. Pulses of 0.9-W peak power and 280-ns duration at 1.538-μm were obtained     

LD泵浦的YAG热键合调Q激光器

对LD端面泵浦Nd:YAG/Gr4 :YAG热键合调Q激光器进行了实验研究.采用φ3×12mm晶体,端面镀膜方式在晶体两端直接构成平-平谐振腔.采用LD端面泵浦方式,分别研究了该激光器的脉冲重复频率、平均输出功率和脉冲宽度等参数随泵浦功率变化的输出特性,随着泵浦功率的增加,脉冲重复率和输出功率与泵浦功率呈线性增加,而脉冲宽度则有被压缩的趋势.当LD泵浦功率为6W时,热键合调Q激光器获得波长为1064nm、脉宽为5.3ns、平均功率为690mW的被动调Q激光脉冲输出.其光-光转换效率为11.5%,光束发散角为3.1mrad.实验结果表明,热键合激光器热效应好、可靠性高、输出光束质量高,是一种性能良好的新型一体化调Q固体激光器.     

Efficient Nd:YAG slab longitudinally pumped by diode lasers

An efficient scalable 1.06-μm continuous-wave (CW) Nd:YAG slab laser longitudinally pumped by diode lasers is discussed. The 809-nm diode radiation is focused into every laser channel emerging from the reflection points of the 1.06-μm beam on the coated slab surfaces. A maximum CW TEM₀₀ output power of 675 mW has been obtained at a diode pump power of 2 W resulting in a slope efficiency of 40%     

Yb:YAG水冷薄片激光晶体热透镜效应及补偿方法研究

热透镜是限制激光器功率提升的重要因素,薄片 结构在散热方面有一定的优势,但在 高功率泵浦下热透镜效应仍是不能回避的问题。本文从热传导方程出发,借助有限元软件, 构建了水冷薄片激光器的模型,在300 W的泵浦功率条件下对薄片晶 体的温度分布、端面变形 量和激光器整机结构的应力分布进行了详细分析,在此基础上,分析了薄片晶体安装时的机 械应力对晶体热透镜的改善作用。对比补偿前后的分析结果可知,当热沉盖板中产生100 N的 正压力对薄片晶体的热变形进行补偿时,其薄片晶体的端面变形量小于未补偿时的变形量, Yb:YAG水冷薄片激光器的热透镜效应有了明显改善。此外,适当增加薄片晶体安装时产生正 压力的大小可以更好地改善激光器的热透镜效应。