增益开关型固体可调谐激光器的时间特性──理论

本文从理论上分析研究了调Q激光器泵浦的固体可调谐激光器的时间特性,推导出了这种寿命为μS量级的固体可调谐激光器,当用10ns量级脉宽激光泵浦时的激光脉冲建立时间公式和输出脉宽公式。这种泵浦时间远小于激光脉冲建立时间的增益开关型激光器的理论分析表明,其输出激光的时间特性仅取决于泵浦能量(密度)的水平和腔长(以及腔损耗),而与泵浦脉冲宽度和波形无关。     

单脉冲锁模光纤激光器输出特性的数值研究

为了研究不同腔内净色散下单脉冲被动锁模光纤激光器的输出特性,采用以非线性薛定谔方程为数学模型和分步傅里叶的方法,对激光脉冲在腔内的演化进行了理论分析。获得了在保持单脉冲稳定输出时激光器一些参量与腔内净色散的变化关系,并针对净色散为正的情况,对输出脉冲进行了腔外解啁啾压缩,压缩比达到10倍以上,分析了压缩所需的负色散值以及压缩后脉宽的情况。结果表明,小信号增益系数最大值与净腔色散大体上成正比关系,且当小信号增益系数达到最大值时,输出脉冲的脉宽以及相应的时间带宽积呈现逐渐增加的趋势,3dB带宽则呈现出先增加后减少的趋势。该研究结果为优化被动锁模光纤激光器提供了参考。     

DPL泵浦光分布对激光脉冲的影响

研究了端面泵浦二极管泵浦固体激光器中泵浦光分布对输出脉冲的影响.通过对端面抽运情形下光场运动方程进行研究,改变泵浦光的半径和功率,得出了输出脉冲峰值功率和脉冲宽度的变化规律.结果表明:泵浦半径增大,输出脉冲峰值功率减小,脉宽展宽.泵浦功率越小,输出光脉宽越大.     

半导体激光器的设计与数值研究

设计了半导体激光器的模型,它包含两个半导体光放大器(SOA),其中一个SOA充当调制器(调制SOA),另一个SOA充当增益介质(增益SOA)。对该模型进行了理论分析及数值模拟,结果表明:适当调节调制SOA的偏置电流,在增益SOA的偏置电流实现小信号净增益大于零的情况下,激光器能够输出高峰值功率、窄脉宽的锁模脉冲;调节注入脉冲,最终可以输出重复频率为25GHz的稳定光脉冲序列。     

基于泵浦分束的波长可调谐1μm超短脉冲光纤激光器

利用啁啾脉冲增益饱和放大特性，搭建了一台基于泵浦分束结构的波长可调谐1μm全保偏光纤超短脉冲激光器。该激光器由超短脉冲激光振荡器和超短脉冲激光放大器组成，控制注入到放大器的啁啾脉冲能量，使放大器处于增益饱和或非饱和状态，从而实现激光中心波长的精确调节。实验中，激光器可产生1030.0～1034.5 nm波长可调谐的超短脉冲激光，光谱带宽大于13.1 nm。在整个波长调谐范围内，放大脉冲激光的信噪比均大于55 dB，时域脉宽为7.1～7.5 ps。此外，得益于全保偏光纤架构，该1μm超短脉冲光源表现出良好的长期稳定性，平均功率的相对抖动低至0.1%。该激光器产生的波长可调谐超短脉冲激光，能够精准匹配Yb∶YAG、Yb∶CaF₂、Yb∶Lu₂O₃等晶体的发射峰，可为后续Yb∶YAG、Yb∶CaF₂、Yb∶Lu₂O₃等大能量超短脉冲固体激光器提供紧凑、便捷、稳定的种子光源。     

长腔CuBr激光器中的脉冲压缩

近年来,在脉冲激光泵浦的染料激光器研究中,利用长谐振腔结构压缩染料激光脉宽 引起了人们很大兴趣。实验和理论分析都证实,当染料激光器的腔长与泵浦脉冲宽度所对应的长度相近时,可以得到比通常情况下短得多的激光脉冲。 CuBr激光器具有高增益、高重复频率、高平均功率以及结构简单等优点,它和纯铜激光一样,是一种自终止式的脉冲激光器,其脉宽一般在几十毫微秒左右。由于CuBr激光器的增益时间很短,传统的锁模技术很难在CuBr激光器中产生高调制度的稳定的短脉     

基于类金刚石沉积的短脉宽XeCl激光设计及脉宽分析

在气体配比HCl:Xe:He=0.12％:1％:98.88％实现了大功率短脉冲XeCl准分子激光器,以纳米异质结构、微观量子阱、表面微小尺度薄膜沉积,镀制金刚石薄膜、半导体薄膜、巨磁薄膜,及外延生长及后续的光刻、激光与物质的相互作用、等离子体研究为目的,设计了高能量、短脉宽脉冲放电激励的XeCl准分子激光器新型结构,完成了脉冲波形测试。试验结果表明:激光脉宽最短13ns,单脉冲能量450mJ,矩形光斑大小2cm×1cm,束散角3mrad,最高重复频率5 Hz。验证了激光器结构、动力学速率方程、总结出了饱和增益、脉宽规律。产生的短脉宽激光热融蚀效应小,类金钢石材料对基底形成了良好的等离子溅射羽辉。     

一种窄线宽的高重复频率窄脉宽主动调Q光纤激光器

提出并演示了一种基于声光调制器(AOM)主动调Q的环形腔双包层光纤激光器获得窄线宽、窄脉宽和高重复频率激光脉冲的方法。通过在腔内采用以双包层增益光纤作为输入尾纤的泵浦剥离器来缩短腔长,可以降低增益光纤正向放大自发辐射(ASE)的反射,抑制其ASE的增益自饱和效应,使腔内有效增益增大,窄线宽调Q脉冲可在环形腔中快速建立,从而不仅可使调Q脉冲脉宽变窄,还允许其重复频率大幅提升。在7 W泵浦功率下,所提出的调Q光纤激光器获得了线宽和脉宽分别窄至0.16 nm和10.4 ns、重复频率高达150 kHz的调Q激光脉冲。     

一种小型铒/镱双掺光纤放大器增益特性研究

研究了一种小型铒/镱双掺光纤放大器的增益特性。仅用长度为4.2m的Er/Yb双掺光纤作为增益介质,以1064nm Nd∶YAG固体激光器作泵浦源,获得了1530~1560nm区间的30nm(±1dB)平坦增益谱宽。对于1550nm的信号光,泵浦功率为100mW时,小信号增益为27.95dB,饱和输出功率为8.36dBm。     

钕玻璃激光器和Nd:YAG激光器产生的超短脉冲

将单个亚毫微秒脉冲注入到本征环形激光振荡器中,就可从固体激光器中产生重复性好的强的短脉冲列。用这种方法,可从高重复率Nd~(3 ):YAG激光器中获得脉宽为12ps的脉冲,掺钕的磷酸盐玻璃则可以稳定地产生脉宽小于3ps的脉冲。在谐振腔中插入一个被动相位调制器,可进一步压缩Nd~(3 ):YAG激光器的脉宽,所产生脉宽≥5ps、带宽>3cm~(-1)的脉冲。     

YAG共振腔内双普克尔斯盒产生稳定的毫微秒脉冲

利用通用电气公司研究与发展中心研究成功的“自注入”锁模技术，已由固体激光器产生稳定的毫微秒脉冲。这种脉冲的持续时间比由普通幵关技术所能获得的脉宽都短，而且效率相等。据通用电气公司物理学家Y. S.刘说，以往研究的从固体激光器产生毫微秒脉冲的技术——如脉冲的外部斩波或通常的伸展脉冲锁模技术——效率一般都很低且不稳定。     

用放大自发辐射方法测量脉冲雪崩放电XeCl激光器的增益特性

用放大自发辐射方法测量了脉冲雪崩放电XeCl激光器的小信号增益.通过与振荡放大法测量的增益结果相比较,获得X光预电离XeCl激光器的等效饱和泵浦功率密度为0.8MW/cm~3.     

自锁模超短脉冲激光输出的稳定性

为了研究非线性增益饱和效应对自锁模激光器超短脉冲输出的影响,采用Liapunov线性稳定性分析方法对描述自锁模激光输出的微分方程组进行了分析,得到了锁模定态存在的条件并讨论了各定态的稳定性.结果表明,当增益饱和能量小于一个特定值时,自锁模激光振荡器会同时存在两个锁模定态,其中能量较小的一个是稳定的,而且随着增益饱和能量的增大,此稳定自锁模态的能量增大、脉宽变窄,它应该是自锁模激光振荡器实际工作的状态.     

1053 nm掺Yb光纤放大器脉中放大实验研究

本文给出掺Ｙｂ光纤脉冲放大的实验结果,在一段长１８ｍ的Ｙｂ光纤中获得了超过２６ｄＢ的增益．利用１．０５３μｍ单模ＬＤ激光器作注入信号．重复频率为１ｋＨｚ,脉宽分别为１μｓ、２μｓ、５μｓ、１０μｓ．增益与泵浦功率等关系的实验结果表明增益对泵浦功率、光纤长度和信号功率敏感。当小信号放大时,输出脉冲不失真,表明该放大器可用于高脉冲能量激光的前置放大．     

色散对被动锁模飞秒固体激光器输出脉冲的影响

文中采用饱和吸收体的快饱和模型,使用分步傅利叶方法对描述固体激光器的Haus 主方程进行了数值求解,讨论了色散和自相位调制对脉冲形成的影响。当激光器达到稳定状态时,输出脉冲近似为变换极限的双曲正割脉冲,时间带宽积在0. 315附近。计算结果表明,随着群时延色散绝对值的降低,输出脉宽近线性减小,此数值结论与已有实验结果定性一致。     

增益开关型Nd3+:YVO4微片激光器的研究

利用增益开关技术调制LD抽运的Nd3+:YVO4微片激光器,实现了脉宽在60～140 ns连续可调、高重复频率的稳定、单模激光脉冲,重复频率在1～1 kHz精确可控,能够根据不同的需要直接或整形后作为种子光源.分析了LD驱动电流及调制宽度对激光脉冲宽度的影响,得出驱动电流和调制宽度的乘积越大,所得激光脉冲宽度越窄的结论.     

基于色散控制的主动锁模掺镱光纤激光器设计

设计了一种基于色散控制的相位调制锁模掺镱光纤激光器。针对相位调制锁模中模式跳变现象,基于非线性薛定谔方程,建立了光脉冲在光纤激光器系统中演变的数学模型,通过数值仿真研究了色散对脉冲稳定性的影响。在光纤环形腔中加入光子晶体光纤实现色散补偿,解决了输出脉冲在两个相位差为π的模式间跳变引起的不稳定问题。在稳定锁模的前提下,进一步分析了激光器关键参数（非线性系数、小信号增益系数、调制频率和调制深度）对输出脉冲时域特性的影响。结果表明,在腔内平均色散为－19 ps2／km 时,激光器工作在稳定锁模区域,产生重复频率4．918 GHz,脉宽2．54 ps 的锁模脉冲,这对于后续实验中的优化设计具有指导性意义。     

1.06μm注入锁定增益开关半导体激光器特性分析与功率放大研究

报道了1.06 m增益开关半导体激光器的详细特性分析和功率放大研究。用高频正弦信号调制中心波长1.06 m的F-P腔半导体激光器得到脉宽约为100 ps、平均功率约为20 mW,重频从500 MHz到2 GHz连续可调的稳定短脉冲激光输出。采用注入锁定改善增益开关半导体激光器的输出特性。研究和分析了调制信号的频率、功率和偏置电流的大小以及注入锁定的功率、温度对激光器输出特性的影响。将该激光器作为种子,用108 W的抽运光进行两级全光纤功率放大得到了82 W的高功率输出,光光转换效率达到76%。     

激光引信中发射单元的设计

本文设计了用于机载激光引信的激光脉冲测距发射单元,该发射单元由激光器和驱动电路构成.激光器选择纳秒级脉冲大功率固体激光器,采用半导体激光二极管作为泵浦源,提出了一种获取同步信号的方法,并对其整体结构进行了考虑.为满足引信特殊需要,为半导体泵浦固体激光器设计了专用驱动电路,解决了固体激光器在不同温度下重复频率不稳定性问题,避免了使用体积庞大的致冷器.激光发射单元工作可靠,在很大温度范围内重复频率稳定并灵活可调.5 V电源时,输出峰值功率达2 018 W、脉宽3.3 ns、重复频率达10 kHz.     

固体激光器弛豫振荡尖峰脉冲参数的影响因素分析

利用固体激光器的弛豫振荡的尖峰脉冲特性,设计制作了一个窄脉宽、高重复频率的脉冲激光器。其方法是通过调节脉冲电流源的电流脉冲宽度,在固体激光器刚发出第一个尖峰脉冲时即关断泵浦电流。在实验中,对影响其尖峰脉冲参数的因素进行了探索,得出了尖峰脉冲的峰值功率、脉冲宽度与泵浦电流、腔长、输出镜透过率的关系,并从原理上对其进行了定性的分析和解释。基于实验及分析得到的结果,通过调整激光器的参数,设计出的脉冲激光器峰值功率能达到8W,脉宽能达到10 ns,重复频率可以达到百kHz的量级。文中的实验和分析结果对于固体激光器弛豫振荡的尖峰脉冲特性的理论认识及利用固体激光器弛豫振荡特性来设计脉冲激光器的参数设计都具有一定的指导意义。