部分端面抽运的Nd:YVO4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管（LD）列阵堆和波导整形抽运耦合系统，将抽运光耦合至Nd：YVO4板条晶体，平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84W时，透过率为10％的输出腔镜得到了31W的激光功率输出，光一光效率37％，斜效率45％，板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量，使用柱面镜混合腔结构，在最大抽运功率为86W时，得到了19．3W的1064nm激光输出，测得的非稳腔和稳腔两个方向的M^2因子分别为1.4和1．7。     

激光二极管阵列端面抽运混合腔Nd:YVO_4板条1064nm和1342nm激光特性研究

利用激光二极管(LD)阵列端面抽运Nd∶YVO4板条晶体,结合稳定非稳混合腔,实现了高功率、高效率、高光束质量的1064 nm和1342 nm激光输出。板条Nd∶YVO4晶体掺杂原子数分数为0.3%,尺寸12 mm×10 mm×1 mm,a轴切割,c轴平行于12 mm方向。采用稳定正支共焦非稳腔,在抽运功率为265 W时,得到了123 W的1064 nm连续激光输出,光光转换效率和斜效率分别为46.4%和52.4%;在输出功率约为100 W时测得稳腔和非稳腔两个方向的M2因子均为1.3,输出功率不稳定性小于1%。采用稳定负支共焦非稳腔,在抽运功率为139.5 W时,得到35.4 W的1342 nm激光输出,光光转换效率为25.4%,在稳腔方向光束质量为M2=1.23;在非稳腔方向光束质量为M2=1.14。     

880nm LD端面泵浦Nd:YVO_4板条激光实验研究

正将上能级直接泵浦与部分端面泵浦混合腔板条结构结合,可以有效降低激光增益介质的热载和热效应,实现更高功率的高光束质量激光输出、报道了采用两个4-bar 880 nm激光二极管列阵作为泵浦源,两端面泵浦板条Nd:YVO_4晶体的1064 nm实验研究结果、采用了正支离轴非稳-稳定混合腔,在泵浦功率为540 W时,获得了218 W激光输出,光-光转换效率42.6%。M~2因子水平方向大约是1.5,竖直方向是2.0、采用了负支离轴非稳-稳定混合腔,在泵浦功率为540 W时,获得了230 W激光输出,光-光转换效率44%。光束质量与正支时相当。     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究,利用自制的5条激光二极管阵列堆LD Stack,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构成功得到1.064μm偏振连续激光输出,斜效率可达44%。输出激光功率3.5W时,测得非稳腔和稳腔两个方向的M2因子为1.28和1.73;在输出激光功率为38W时,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高功率高光束质量的激光输出,输入－输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器的仍然有很大的提升余地。     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

为了获得大功率高光束质量的激光输出,利用自制的5bar激光二极管阵列堆作为抽运源,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构,对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究。在最高抽运功率134W时,得到了38W的连续激光输出,斜效率44%,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高光束质量的激光输出,输入-输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器仍有提升潜力,本结果有助于进一步提升该激光器的性能,实现更高功率的高光束质量激光输出。     

连续16 W二极管端面泵浦混合腔Nd:YVO4板条激光器

在半导体泵浦的固体激光器中,激光晶体的热效应在很大程度上影响了激光器的能量输出和光束质量.为减小激光器中的热效应,介绍了用LD端面泵浦板条(slab)激光晶体,结合稳腔-非稳腔混合腔型(hybrid resonator)实现的板条激光器.在腔长为50 cm的情况下,得到了16 W连续输出,高泵浦功率时斜效率达到59%,同时进行了稳腔方向的热效应分析.     

全固态高输出功率单频Nd:YVO4/KTP激光器

利用光纤耦合输出的半导体激光器(LD)端面抽运Nd∶YVO4晶体,激光谐振腔采用四镜环形腔结构,通过KTP晶体内腔倍频,获得了高功率全固态连续单频绿光激光输出。根据临界相位匹配下椭圆高斯光束的倍频理论,通过旋转Nd∶YVO4晶体的方向选取合适的基频光偏振方向,使KTP晶体的走离角所在平面与谐振腔弧矢面平行,可提高内腔倍频转换效率。当抽运功率为20 W时,激光器最大单频绿光输出功率达4.8 W。作为对比,控制基频光偏振方向使KTP晶体的走离角所在平面与谐振腔子午面平行时,激光器最大单频绿光输出功率为4.1 W。对比两种情形下的实验结果,激光器的光-光转换效率从21.8%提高到25.5%。     

高增益掠入射板条激光放大器的实验研究

为了替代主控振荡功率放大结构中的多级光纤预放结构,对小信号高增益的掠入射板条放大器进行了模拟和实验研究。利用板条内线性温度梯度引起的轴棱镜结构,测量了板条晶体的热转换系数。结果表明:0.1mW和1 W种子光提取时,热转换系数分别为0.37和0.28;抽运光功率为55W时,两种情况下板条最大温升相差16K;小信号提取时,板条晶体内的温升是制约增益提高的主要因素;采用0.1 mW种子光注入且抽运光功率为50 W时,可获得1.8 W的激光输出,增益高达43dB,水平方向光束质量因子M_x~2=1.30,垂直方向光束质量因子M_y~2=1.28。     

63 W灯抽运声光调Q腔内KTP倍频Nd:YAG激光器

报道了输出532 nm平均功率为63 W的灯抽运声光(AO)调Q腔内KTP倍频Nd∶YAG固体激光器.分析双灯抽运金属镀金腔结构、抽运均匀性以及KTP倍频晶体的冷却均匀性及可靠性,并设计一种可靠性高的倍频晶体冷却装置.激光谐振腔采用L型腔结构,通过对声光调制器频率和倍频晶体温度对输出倍频激光功率影响的实验研究,得到激光器工作的最佳几何腔长为549 mm.在抽运功率为4.9 kW,声光调制频率为4 kHz时,532 nm倍频激光最大输出44 W,脉宽为80 ns;声光调制频率为10 kHz时,532 nm倍频激光最大输出为63 W,脉宽为140 ns,倍频效率为64%,总电-光效率为1.2%,光束质量为M2＝11.1.     

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。     

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。     

激光二极管抽运的主振荡级与功率放大器结构Nd∶YVO4激光器

为了实现固体激光器高功率、高光束质量的输出,设计了一种激光二极管(LD)阵列抽运的主振荡级与功率放大器(MOPA)结构的Nd∶YVO4激光器。该激光器的振荡级采用平-平谐振腔结构,并使用棱镜组对激光二极管阵列的抽运光整形,消除了激光二极管阵列抽运光不对称对振荡器输出光束质量的影响,在连续工作条件下获得了6.1 W的激光输出,其光束质量M2因子为M2x=1.14,M2y=1.13,光-光转换效率为25.6%。放大级采用具有近共焦、非稳腔特点的折叠光路结构,使振荡级激光光束10次通过放大级晶体,并且有效地抑制了放大自发辐射(ASE)和寄生振荡。在振荡级以6.1 W注入放大器时,得到最大输出功率26.8 W,此时放大器提取效率为29.1%,输出光束质量M2因子为M2x=2.08,M2y=1.92。     

Yb···GdYCOB晶体涡旋激光器

采用光强分布为环形的半导体激光器端面抽运Yb…GdYCOB晶体,实现了激光谐振腔直接发射涡旋激光。通过测量输出激光光束的空间强度分布、光束品质因子、光束纯度以及光束的波前相位信息,证实激光器输出的光束为高纯度涡旋光束。当抽运功率为3.2W时,最大输出功率为281mW,光-光转换效率为8.7%,斜率效率为21.7%。     

激光二极管抽运的主振荡级与功率放大器结构Nd:YVO4激光器

为了实现固体激光器高功率、高光束质量的输出,设计了一种激光二极管(LD)阵列抽运的主振荡级与功率放大器(MOPA)结构的Nd:YVO4激光器.该激光器的振荡级采用平-平谐振腔结构,并使用棱镜组对激光二极管阵列的抽运光整形,消除了激光二极管阵列抽运光不对称对振荡器输出光束质量的影响,在连续工作条件下获得了6.1 W的激光输出,其光束质量M2因子为M2x=1.14,M2y=1.13,光-光转换效率为25.6%.放大级采用具有近共焦、非稳腔特点的折叠光路结构,使振荡级激光光束10次通过放大级晶体,并且有效地抑制了放大自发辐射(ASE)和寄生振荡.在振荡级以6.1 W注入放大器时,得到最大输出功率26.8 W,此时放大器提取效率为29.1%,输出光束质量M2因子为M2x=2.08,M2y=1.92.     

棱边倒角面抽运热键合平板波导固体激光器

采用晶体热键合方法加工制作了YAG/Nd:YAG/YAG单包层平板波导,波导晶体几何尺寸为12 mm×5 mm×1 mm,其中中心掺杂层Nd:YAG厚度约为0.2 mm,对称外包层YAG厚度约为0.4 mm。采用一种新的抽运方法—棱边倒角面抽运方法对晶体进行抽运:波导晶体的一条12 mm长棱边加工成大小为12 mm×0.3 mm的倒角面,快轴准直抽运激光二极管(LD)发出的抽运光经聚焦后从倒角面入射进入晶体,抽运吸收效率约为82%。激光器谐振腔采用平-平腔,其中全反镜直接在波导晶体端面镀高反膜实现,输出镜尽可能靠近晶体另一端面,腔长约12mm。当输出镜透射率为6.6%,激光二极管抽运光功率约为49.5 W时,得到输出激光功率13.6 W,光-光转换效率约27.5%,导波方向光束质量M2因子1.9。激光器实现了较高的光-光转换效率和较好的导波方向光束质量。     

角抽运Nd∶YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器

报道了一种适合中小功率输出的全固态激光器的角抽运方法,抽运光从板条激光器中板条晶体的角部入射,可获得较高的抽运效率和较好的抽运均匀性。采用单角抽运方式,进行了角抽运Nd∶YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器的实验研究。激光腔采用紧凑型平平直腔结构,腔长仅为22 mm。当注入抽运功率为50.3 W时,1.1μm多波长激光连续输出功率最高达10.9 W,光光转换效率为21.7%,斜率效率为22%。当注入抽运功率为48 W时,1.1μm多波长激光连续输出功率短期不稳定性小于0.6%。     

11.2W中红外3.8μm激光器

报道了采用1064nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配技术实现3.8μm激光输出的实验结果。抽运源为二极管激光连续抽运Nd:YAG晶体声光调Q1μm激光器,PPMgLN晶体(MgO掺杂浓度5mol%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4pm/V)。在1064nm激光抽运功率94W,声光Q开关工作频率8kHz的条件下,获得了平均功率11.2W,波长3.84μm激光输出,光-光转换斜率效率14.5%,对应闲频波长1.47μm激光输出功率约28W。3.8μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.01和5.78。     

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。     

高效率高功率全固态紫外激光器

报道了采用大功率国产光纤束模块端面抽运Nd∶YVO4激光晶体的腔外三倍频紫外激光器,用声光调Q技术实现了高功率高光束质量基频光输出。采用LBOⅠ类相位匹配和LBOⅡ类相位匹配的腔外倍频方法,并利用凹面反射镜的方式进行聚焦,避免了1064nm和532nm激光聚焦时由于波长的不同而产生的色差效应,有效地提高了三倍频的倍频效率。最终在注入抽运光功率为23.3W,声光调Q激光器的调制频率为20kHz的工作条件下,基频光输出功率为7.28W时,得到紫外激光输出功率为1.86W,1064nm基频光到355nm紫外激光的光-光转换效率为25.5%,此外,对紫外激光光束质量的测试表明,该紫外激光器具有高功率输出的同时仍有很好的光束质量。     

输出功率为21.5W的单端抽运Nd:YVO4/LBO单频激光器

采用中心波长为888nm的激光二极管作为抽运源,减轻了Nd:YVO4晶体中的热效应。通过合理的谐振腔设计,扩大激光晶体处的基模尺寸和振荡光在凹面腔镜处的入射角,减轻了激光晶体内部的热效应和谐振腔像散,提高了激光器的输出功率。采用四镜环形腔选模的办法,获得稳定的高功率单频激光输出。在吸收的抽运功率为67.5W时,实现了最高功率为21.5W的532nm单频激光输出,其8h功率稳定性优于±1%,光束质量M2<1.1,光-光转换效率为31.9%。