硅酸镓镧单晶的生长、性质及电光应用的研究

硅酸镓镧(La3Ga5SiO14,langasite,简称LGS)是一种多功能晶体。LGS和石英同属32点群,具有良好的压电和电光性质,本文在综述LGS晶体基本性质的基础上,总结了我们对这种晶体生长和性质的研究工作,测量了LGS晶体电光性质,采取措施消除旋光性影响,首次用其设计制作了电光Q开关,结果表明其效果与DKDP晶体电光Q开关相当;进而开发了高功率高重复频率Q开关,双端面泵浦模式,激光重复频率为50 KHz时,最高输出可以达到12.5瓦,脉宽为46 ns。通过改进晶体生长条件,可获得直径约50 mm,长度为100 mm,重约1000 g的光学级LGS晶体,基本满足晶体电光Q开关应用的要求。     

退压式La_3Ga_5SiO_(14)晶体电光调QNd∶YAG激光器激光性能研究

通过对硅酸镓镧(LGS)晶体旋光性与电光效应的交互作用的理论研究,推导出晶体旋光性和电光效应共同作用下的光强表示式I=1-4B2(Asin 2ω-Ccos 2ω)2。利用此表示式设计计算了旋光晶体LGS尺寸为8 mm×8 mm×25 mm电光Q开关在1064 nm波长使用时的开关电压和偏振角分别为4995 V和27.3°。将理论研究得到的结论应用于LGS晶体电光调Q的Nd∶YAG晶体激光器的实验研究中,实验结果与理论计算结果基本一致。得到输出能量为361 mJ,脉冲宽度为7.8 ns的脉冲激光输出。     

退压式La3Ga5SiO14晶体电光调Q Nd:YAG激光器激光性能研究

通过对硅酸镓镧(LGS)晶体旋光性与电光效应的交互作用的理论研究,推导出晶体旋光性和电光效应共同作用下的光强表示式I=1-4B2(Asin 2ω-Ccos 2ω)2.利用此表示式设计计算了旋光晶体LGS尺寸为8 mm×8 mm× 25 mm电光Q开关在1064 nm波长使用时的开关电压和偏振角分别为4995 V和27.3°.将理论研究得到的结论应用于LGS晶体电光调Q的Nd:YAG晶体激光器的实验研究中,实验结果与理论计算结果基本一致.得到输出能量为361 mJ,脉冲宽度为7.8 ns的脉冲激光输出.     

RTP晶体的调Q特性研究

介绍了一种适用于在高重复频率调Q工作的RbTiOPO4（RTP）电光晶体。通过分析温度变化对RTP晶体透过率的影响，得出通过极精确地控制RTP晶体温度变化范围来补偿晶体的自然双折射是不实用的，而必须用两块相同的正交放置的RTP晶体Q开关，才能补偿晶体的自然双折射，保证Q开关的稳定性。用两块相同的正交放置的RTP晶体Q开关进行了不同频率的电光调Q实验，实验结果说明了RTP晶体作为电光Q开关在高重频工作的潜力。     

电光晶体研究究进进展及其对称性性研研究

由电场引起的晶体折射率的变化称为晶体的电光效应,具有电光效应的晶体称为电光晶体。利用电光效应可以制作电光Q开关等重要光电器件。晶体的电光效应及其有效利用,均与其对称性密切相关。本文在综述电光晶体研究进展的基础上,推导了不同晶系中各晶类电光效应类型及其特点,并以电光Q开关的要求为例讨论了晶体的电光效应及其对称性之间的关系。从讨论结果得出:立方晶系Td-ˉ43m,三方晶系C3v-3m,四方晶系D2d-4ˉ2m,D4v-4mm和六方晶系D3h-6ˉm2,C6v-6mm点群中相应电光系数的横向或纵向效应可能有实用价值。在考虑旋光性影响后,立方晶系T-23,三方晶系D3-32,四方晶系中S4-4ˉ,六方晶系中C3h-6ˉ等也有可能应用。但是,电光晶体的应用与许多因素相关,对称性只是其中一个基本条件。     

20mm孔径重复频率等离子体电光开关研究

等离子体普克尔盒可以采用薄晶体,是大口径平均功率激光器理想的光开关器件。采用有限元方法,分析了20mm口径重复频率等离子体电光开关的热光效应,模拟计算了在平均功率负荷下,3mm厚的DKDP晶体由于热致双折射引起的退偏损耗为0.16%。采用电容分压技术,实现了基于DKDP晶体的等离子体电光开关的单脉冲驱动,通过针对重复频率等离子体普克尔盒的优化设计,研制完成了Φ20mm口径、10Hz重复频率等离子体电光开关样机,静态透射率97.2%,开关效率99.8%,开关上升时间11ns。     

旋光晶体在偏光干涉实验中电光效应的研究

研究了旋光晶体在偏光干涉实验中的电光效应，给出了旋光晶体在偏光干涉实验中出射光强与晶体旋光性之间关系的表达式I—Ao^2cos^2[β-（π/λ）（n1-nr)l]，以及与旋光晶体电光效应之间关系的表达式I—Ao^2cos^2[β-（π/λ）（n1-nr)l (π/λ）（n2-n1)l]。根据这些表达式给出的关系，将典型的旋光晶体La3Ga5SiO14制作成了电光Q开关，像那些用无旋光性晶体制作的Q开关一样工作良好。在中等功率输出的激光器中，La3Ga5SiO14晶体电光Q开关有可能取代氘化磷酸二氢钾(DKDP)晶体电光Q开关。     

旋光性与电光效应交互作用及其对旋光晶体电光Q开关的影响

研究了晶体的旋光性与电光效应的交互作用、以及此交互作用对 旋光晶体电光Q开关的影响. 关键词： 旋光性 电光效应 电光Q开关 3Ga₅SiO₁₄晶体')" href="#">La₃Ga₅SiO₁₄晶体     

旋光-电光晶体的电光调制特性及π-电压

分析旋光-电光晶体的电光相位以及强度调制特性,并定义晶体的π-电压。对于具有旋光性的电光晶体,以往半波电压的概念不能准确描述其电光偏振、强度调制的周期性,因而引入π-电压这一概念,并将其定义为此类晶体的椭圆双折射相位延迟变化量等于π时所需要的调制电压。对于置于两个偏振器之间的旋光-电光晶体强度调制器,旋光性可以为电光强度调制提供光学偏置,但调制光强度是调制电压的偶函数,只有当检偏器的主透光方向平行或垂直于晶体出射线偏振光波的偏振方向时,才能实现完全的电光开关。当将此类晶体用于电光开关时,可定义能够实现完全开关状态转换所需要的最大调制电压为开关电压。通过实验测量了一块尺寸为6 mm×4 mm×2.9 mm的硅酸铋(Bi_(12)SiO_(20))晶体的π/4-电压,对于635 nm的光波长,π/4-电压约为3 kV。对于具有旋光性的弹光调制器,可以引入π-应力和π-应变的概念。     

670nm电光调Q陶瓷激光器

为了进一步研究Nd∶YAG陶瓷激光器的红光波段,研制了一台重复频率为1 000 Hz的670 nm电光调Q Nd∶YAG陶瓷激光器.采用三个激光二极管列阵侧面抽运掺杂浓度为1.1at%、尺寸为Φ3×50 mm2的Nd∶YAG陶瓷晶体,根据实验测量的陶瓷晶体热透镜焦距,优化设计了折叠腔的各个参量,并对陶瓷晶体及倍频晶体热...     

新型电光陶瓷调Q光纤激光器

报道了基于OptoCeramic(R)电光陶瓷材料的新型调Q光纤激光器.采用976 nm半导体激光器作为抽运源,电光陶瓷调制器作为Q开关,峰值吸收系数1200 Db/m的高掺杂镱纤作为增益介质构成环形腔激光器.增益光纤的高掺杂浓度使得激光器的腔长得到缩短,输出光脉冲的宽度得到压缩.通过调节电光元件的电压,控制材料的折射率,调节谐振腔的损耗,实现Q开关作用.实验中通过改变腔长、抽运功率和重复频率,研究了脉冲的输出特性.获得最窄脉宽104 ns,重复频率3～40 kHz连续可调的调Q脉冲输出.     

La3Ga5SiO14电光调Q的Nd:LiYF激光器研究

报道了以Nd：LiYF(Nd：LYF)为增益介质、用硅酸镓镧(La3Ga5SiO14,LGS)晶体进行电光调Q的非稳腔调Q激光器的脉冲特性。Nd：LiYF的两端按σ偏振1、053μm光的布儒斯特角切割,不需另加起偏镜．实现了单一偏振光振荡。LGS晶体电光Q开关插入损耗小(2％),抗光伤阈值高(950MW／cm^2),与DKDP相比,具有不潮解等优点。当抽运能量为120J、重复率3Hz时,单脉冲输出能量为275mJ,脉冲宽度为8ns．动静比为76％．输出能量不稳定度小于3％,偏振度大于99％,光束发散角为0．7mrad。文中还对本激光器偏振特性、非稳腔设计、LiYF导热性能和热透镜效应补偿进行了分析．对LGS电光调Q开关工作性能、工作方式以及存在的问题也进行了分析。     

La_3Ga_5SiO_(14)电光调Q的Nd∶LiYF激光器研究

报道了以Nd∶LiYF(Nd∶LYF)为增益介质、用硅酸镓镧(La3Ga5SiO14,LGS)晶体进行电光调Q的非稳腔调Q激光器的脉冲特性。Nd∶LiYF的两端按σ偏振1.053μm光的布儒斯特角切割,不需另加起偏镜,实现了单一偏振光振荡。LGS晶体电光Q开关插入损耗小(2%),抗光伤阈值高(950MW/cm2),与DKDP相比,具有不潮解等优点。当抽运能量为120J、重复率3Hz时,单脉冲输出能量为275mJ,脉冲宽度为8ns,动静比为76%,输出能量不稳定度小于3%,偏振度大于99%,光束发散角为0.7mrad。文中还对本激光器偏振特性、非稳腔设计、LiYF导热性能和热透镜效应补偿进行了分析,对LGS电光调Q开关工作性能、工作方式以及存在的问题也进行了分析。     

高重复频率铌酸锂电光调Q Nd∶YVO_4激光器（英文）

研制了一种基于铌酸锂(LN)电光调Q的高重复频率窄脉宽短腔激光器.通过测量激光穿过置于正交偏振镜间的电光晶体后,透射强度随晶体上施加的脉冲高压的变化情况,探究了不同尺寸LN晶体中的压电振铃效应,并与磷酸钛氧铷(RTP)晶体中的压电振铃效应进行了比较.实验发现,块状LN晶体中的压电振铃效应严重,而小尺寸LN晶体中的压电振铃效应和RTP晶体中的相似,基本可以忽略.结合压电效应理论得出,压电振铃效应的强弱与外加电压大小及晶体固有的压电共振频率有关,电压越低,压电共振频率越大,压电振铃效应越弱.在此基础上,制备了可高重频应用的尺寸为1.2mm×9mm×9.4mm的LN调Q开关,并实现了LN晶体的高重频调Q运转.激光增益介质采用具有较大受激发射截面和较短荧光寿命的Nd∶YVO_4晶体,其一端镀有1.064μm的全反膜,另一端沿布儒斯特角切割,从而省去了全反镜和偏振镜,缩短了腔长。泵浦源采用中心波长为808nm的光纤耦合激光二极管.设计的激光器谐振腔长度仅为20mm。在退压式电光调Q运转下,获得了最大重复频率为15kHz、脉宽为5.4ns、峰值功率为2.94kW的稳定的激光输出.     

高峰值功率KDP晶体四倍频266nm紫外激光器

报道了一种灯泵浦结构的Nd:YAG晶体电光调Q高峰值功率266nm紫外激光器。结合磷酸二氢钾(KDP)晶体性质,基于倍频理论,分析了考虑走离效应情况下存在相位失配量时KDP晶体长度对转换效率的影响。该激光器采用紧凑的平平腔结构,灯泵浦Nd:YAG晶体电光调Q 1064nm激光作为基频光,腔外采用Ⅱ类匹配磷酸钛氧钾(KTP)和Ⅰ类匹配KDP分别作为二倍频和四倍频晶体。利用能量计、示波器等仪器进行测量,激光器重复频率1Hz时,获得脉宽6.0ns,单脉冲能量35mJ的266nm紫外激光输出,峰值功率高达5.83 MW;当重复频率10Hz时,获得单脉冲能量28.9mJ的266nm紫外激光。532~266nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266nm紫外激光器,能够实现激光打标、激光雕刻。     

高重频电光调QNd∶YAP红光激光器

研制了一台基于Nd∶YAP晶体线偏振激光输出特性而省略起偏器方式的电光调Q高重频Nd∶YAP红光激光器.通过对Nd∶YAP晶体的热透镜焦距的实验测量,优化设计了三镜折叠腔的各个参量,采用LN晶体电光调Q、KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频,最终获得670nm红光输出.在重复频率1000Hz、抽运电流75A时,获得了峰值功率28.3kW、脉宽76ns的偏振红光输出,倍频效率为37.1%.     

双激光二极管阵列侧面交错抽运的电光调Q Nd:YAG激光器

采用双激光二极管阵列(LDA)侧面交错抽运Nd:YAG晶体,通过电光调Q的方式获得1064 nm动态脉冲激光输出.这种抽运结构可以使晶体内的增益场与谐振腔基模实现良好的匹配,易于得到良好的光束质量和大能量输出.抽运源采用峰值功率为100 W的准连续LDA,采用直接贴近抽运的方式,KD*P晶体作为电光Q开关.并应用高斯光束传输的ABCD定律,计算了谐振腔稳区范围,给出了较为合理的谐振腔参数.所设计的激光器在重复频率20 Hz,抽运能量1200 mJ时,获得了最大输出能量151 mJ,脉宽8.48 ns的1064 nm动态激光输出,光-光转换效率为12.6%.     

LD侧面泵浦Nd∶YAG高重频电光调Q激光器

为了获得高效率3 m~5 m中红外激光输出,利用电光调Q晶体RbTiOPO4（RTP）,通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦技术,获得高重频窄脉宽1.06 m激光输出,泵浦非线性晶体周期极化钽酸锂（PPLT）进行频率变换,实现高功率3 m~5 m中红外激光输出。在电源输入电流20 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得15 W的1.06 m激光。利用该1.06 m激光泵浦PPLT获得最高功率为2.6 W的3.9 m中红外激光,1.06 m到3.9 m的转化效率为17.3%。实验结果表明:通过高重频电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,可以实现高重频窄脉宽1.06 m偏振光输出,泵浦PPLT可获得高功率高效率3.9 m中红外激光输出。     

多波长半导体激光阵列端泵Nd:YAG脉冲激光器

研制了无温控多波长激光二极管阵列端面泵浦Nd：YAG电光调Q激光器。采用4 000 W多波长准连续激光二极管阵列作为泵浦源,快轴准直镜与透镜导管作为泵浦耦合系统,端面泵浦φ6 mm×60 mm的Nd：YAG晶体,并采用RTP晶体进行电光调Q实验。在重复频率5 Hz、室温（25℃）时,激光器获得了最大输出能量74.4 mJ、脉宽15 ns的1 064 nm脉冲激光输出,光光转换效率达到11%。在25~55℃的工作温度下,对多波长LDA的光谱特征与激光器的输出特性作了测试,激光器输出能量随着工作温度的上升而先迅速下降再逐步保持稳定,当重复频率分别为5 Hz和10 Hz时,激光器对应的最低输出能量分别为48 mJ与37 mJ。     

掺Er光纤飞秒激光器中电光晶体对激光器参数的影响

由于受增益介质上能级寿命的影响,掺Er光纤光梳的梳齿线宽一般在百kHz量级.为了实现光梳梳齿线宽的压窄,一种有效的方法是在激光器中增加快速响应的电光晶体,使光纤光梳的伺服锁定带宽提高到百kHz以上,为光纤光梳的快速伺服锁定提供反馈机构.这其中,高品质的飞秒激光器是核心.基于此,本文主要研究了掺Er光纤飞秒激光器中电光晶体对激光器参数的影响.通过计算电光晶体的折射率、色散、相位延迟等参数,分析了电光晶体对激光器参数的影响,并在实验上获得了电光晶体电压对激光器重复频率和载波包络偏移频率的影响,进而通过电光晶体实现了对光纤光梳重复频率和载波包络偏移频率的锁定.通过锁定光纤飞秒激光器与窄线宽激光器的拍频信号,验证了电光晶体的引入使激光器的伺服锁定带宽提高到了236 kHz,为窄线宽飞秒光学频率梳的建立提供了技术基础.