板条激光放大器中寄生振荡的研究

寄生振荡的存在使得放大器在信号光到达之前消耗了大量的反转粒子数,降低了放大器的激光增益和储能效率,严重地影响了激光放大器的性能,尤其对高功率激光放大器。在理论分析和实验研究的基础上,以Nd∶YAG晶体板条为例,用8条半导体激光阵列对晶体进行双侧抽运,研究了高功率激光放大器的寄生振荡现象,分析了板条晶体寄生振荡产生的原因,并详细比较了晶体在不同的抽运功率和表面处理下的放大效果,得到了2倍的单程放大,当输入能量为140 mJ时,获得了278 mJ的激光输出。     

用于光生毫米波的双频激光放大特性

采用激光二极管端面抽运的双纵模Nd∶YVO4微片激光器作为种子光源,双端面抽运的Nd∶YVO4行波放大器作为功率放大器,获得了大频差、高功率双频激光信号输出。分析了放大过程中光谱匹配对双频激光输出特性的影响。结果表明,随种子光入射功率从小到大变化,放大倍率呈起伏减小的趋势;受到放大器增益带宽的限制,放大后双频激光频差小于种子光频差。当种子源和放大器的抽运电流分别为14.5A和40.0A时,最终获得了功率为2.38 W,频差为47.7GHz的双频激光信号输出。     

无水冷LD侧面泵浦Nd∶YAG固体激光放大器

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算,模拟出输出激光特性,即随着放大器泵浦电流的增加,放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加,呈线性增长趋势,在泵浦电流为80A时,输出光能量逐渐饱和,最大输出能量为798mJ.实验中,放大器入射光源采用脉冲能量为350mJ、重复频率为10Hz、脉宽为10ns的脉冲激光,放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5mm×134mm,Nd~(3+)的掺杂浓度为1.1%,泵浦功率最大24kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10Hz,泵浦电流为80A,泵浦脉冲宽度为200μs时,获得了最大脉冲能量为700mJ、脉冲宽度为10ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.     

激光二极管抽运的高重频高平均功率Nd:YAG激光器

搭建了一台高重复频率、高峰值功率、高平均功率的激光器. 激光器主要包括三部分: 单纵模光纤种子源、激光二极管阵列抽运的Nd:YAG再生放大器和四程放大器. 系统获得了平均功率11 W、重复频率100 Hz、脉冲能量112 mJ、脉宽500 ps–2 ns可调的激光输出, 工作波长1064 nm. 输出光束口径6.8 mm, 1.5倍衍射极限, 近场光强近平顶分布, 能量稳定性为0.72%. 关键词： 激光二极管抽运 高重复频率 高峰值功率 高平均功率     

饱和放大情形下光纤参量放大器的增益和带宽特性研究

利用龙格库塔法数值求解非线性耦合方程,研究了单抽运光纤参量放大器在增益饱和区的增益谱特性.通过比较考虑抽运光损耗与忽略抽运光损耗增益谱的差别,分析了抽运光损耗对增益谱的影响.此外,给出了在饱和放大区,信号光的增益谱与光纤长度、输入信号光功率、抽运光波长与零色散波长偏离之间的关系.发现在饱和放大区,增益的整体水平有所下降,增益谱的可用带宽相对于小信号放大有所减少,增益谱在可用带宽范围内出现了旁瓣.这些结果将对工作在饱和放大区的单抽运光参量放大器的设计提供有益的帮助.     

Nd:YSAG单晶的光谱和激光性能

用提拉法生长了(1.5 at.%)Nd~(3+):Y_3Sc_2Al_3O_(12)(YSAG)激光晶体,摇摆曲线表明晶体结晶质量优良.测量了该晶体的吸收和发光光谱,表明其适合成熟的808 nm激光二极管(LD)抽运,其~4F_(3/2)→~4I_(11/2)跃迁最强发射波长为1059 nm,发射截面为1.03×10~(-19)cm~2,同时其激光上能级寿命为253μs,表明Nd:YSAG具有和Nd:YAG相近的效率,但其激光上能级寿命比Nd:YAG长约20μs.以LD抽运2 mm×2 mm×6 mm Nd:YSAG激光棒,激光阈值为0.85 W,最高输出功率为1.1 W,激光斜效率为21.1%,光-光转化效率为18.3%.综合表明Nd:YSAG单晶作为激光性能优良的全固态激光材料,更适合全固态调Q激光输出.     

组合式钕玻璃片状激光放大器增益性能的动态模拟

用随时间变化的氙灯辐射光谱模型,建立了组合式钕玻璃片状激光放大器动态增益特性的模拟程序,实现了从氙灯放电到引出激光的全过程动态模拟,可用于片状激光放大器的优化设计.研究了:1)放大器在不同的抽运条件下水平方向的增益均匀性,当氙灯爆炸系数比较高时,自发辐射放大优先使片的边缘产生消抽运作用,增益分布变得不均匀,通光口径的中央处增益较大;2)片厚度和掺杂浓度对增益性能的影响,在相同的抽运条件下,储能通量由片厚度与掺杂浓度的乘积决定,给出了储能通量和小信号增益随片厚度与掺杂浓度的乘积的变化关系 关键词： 钕玻璃激光放大器 储能密度 增益特性     

5 TW/40 fs级台式钛宝石激光系统研究

在TSA-25系统输出35 mJ,800 nm啁啾脉冲的基础上,建立了以钛宝石作为增益介质的二级啁啾脉冲放大(CPA)系统。使用0.6 J和1.6 J,532 nm,10 Hz Nd∶YAG激光抽运,输出脉冲能量达到500 mJ,经压缩脉冲宽度为41 fs,压缩器的能量转换效率为63%,峰值功率可达7.6 TW。通过对放大器系统的钛宝石晶体、抽运密度以及多通结构通道数的选择等实验,有效地提高了能量放大器的萃取效率。其主放大器能量萃取效率达到32%,整个系统占用尺寸不到10 m2。     

高峰值功率Nd:YLF/BaWO4正交偏振双波长拉曼激光器

正交偏振双波长激光在精密测量、太赫兹产生、差分雷达、光谱分析等领域有着重要的应用前景.Nd:YLF晶体具有两个发射截面相近的正交偏振发射峰,加上优异的储能性能和热性能,是适合产生正交偏振双波长激光的优良增益介质.本文采用低掺杂浓度的Nd:YLF晶体作为激光增益介质产生1047 nm和1053 nm的正交偏振双波长基频光,通过适当增大抽运光斑降低Nd:YLF晶体热裂的风险,利用BaWO₄晶体的腔内拉曼频移,实现了高峰值功率的1159.9 nm和1167.1 nm正交偏振双波长脉冲拉曼激光输出.在40 W的总入射抽运功率和5 kHz的脉冲重复频率下,获得平均输出功率为2.67 W的双波长拉曼激光输出,相应的光光转换效率为6.7%.1159.9 nm和1167.1 nm拉曼激光输出功率分别为1.31 W和1.36 W,最窄脉冲宽度分别为1.50 ns和1.53 ns,对应的峰值功率分别高达174.7 kW和177.8 kW.结果表明,降低掺杂浓度和增大抽运光斑可有效解决Nd:YLF晶体在高抽运功率下发生热裂的问题,Nd:YLF/BaWO4是实现正交偏振双波长拉曼激光输出...     

18mJ,100Hz飞秒钛宝石激光放大器

采用环形腔再生放大及四通放大的两级放大方案,在重复频率100Hz、单脉冲能量75.1mJ的倍频Nd:YAG激光抽运下,通过啁啾脉冲放大飞秒钛宝石激光,获得了单脉冲能量25.4mJ的放大输出,对应能量转换效率33.8%.经光栅压缩器补偿色散后的单脉冲能量为18.3mJ,脉冲宽度为37.8 fs,对应峰值功率0.48 TW.测量其脉冲能量稳定性为3.6%,光束质量M~2因子在X和Y方向上分别为1.8,1.6.     

低温GaAs被动调Q锁模Nd:Gd0.42 Y0.58VO4 混晶激光器特性研究

采用低温生长GaAs晶体作为被动饱和吸收体兼输出镜,实现了Nd:Gd0.42Y0.58VO4混晶激光器的调Q锁模运转.研究了Nd:Gd0.42Y0.588VO4激光器的基频运转特性.在输出镜透射率T=10%、腔长L=40 mm的情况下,当抽运功率为8.6 W时,获得激光输出功率3.78 W,光-光转换效率为43.9%.并测量了Nd:Gd0.42Y0.58VO4混晶被动调Q激光器的输出特性.实验结果表明激光器调Q运转阈值为2 W,当抽运功率为3.7 W时,激光器出现调Q锁模行为;当抽运功率为8.6 W时,激光器调Q锁模深度达70%以上,对应的脉冲包络重复频率为670 kHz,半峰全宽为180 ns,平均输出功率为1.35 W,光-光转换效率为15.7%.     

LDA抽运Nd:YAG/KTP腔内和频589 nm连续波激光器

报道了一种激光二极管阵列（LDA）抽运Nd:YAG双波长和频黄光激光器黄激光是由Nd:YAG晶体的1064 nm和1319 nm谱线腔内和频产生以KTP为和频晶体,采用Ⅱ类临界相位匹配,在12 W的808 nm抽运功率下,获得了最高功率为430 mW连续波基横模的589 nm黄激光输出,光光转换效率为3.6%,光束质量因子M2<1.2实验结果表明采用激光二极管阵列抽运Nd:YAG/KTP腔内和频技术是获得黄激光的高效方法,并可以应用到其它激光增益介质的两条谱线进行腔内和频,获得更多不同颜色的单谱线激光输出     

LDA抽运Nd∶YAG/KTP腔内和频589nm连续波激光器

报道了一种激光二极管阵列(LDA)抽运Nd∶YAG双波长和频黄光激光器.黄激光是由Nd∶YAG晶体的1064 nm和1319 nm谱线腔内和频产生.以KTP为和频晶体,采用Ⅱ类临界相位匹配,在12 W的808 nm抽运功率下,获得了最高功率为430 mW连续波基横模的589 nm黄激光输出,光光转换效率为3.6%,光束质量因子M2<1.2.实验结果表明采用激光二极管阵列抽运Nd∶YAG/KTP腔内和频技术是获得黄激光的高效方法,并可以应用到其它激光增益介质的两条谱线进行腔内和频,获得更多不同颜色的单谱线激光输出.     

单斜结构的Yb:KLu(WO4)2晶体光谱和激光性质的各向异性

研究了Yb:KLu(WO₄)₂晶体对非偏振抽运光的吸收以及连续波激光振荡性质. 晶体结构的低对称性导致晶体光谱呈强烈各向异性,最强的吸收和发射都发生在平行于N_m主轴的偏振方向上. N_g切向晶体具有最高的非偏振抽运光吸收效率和最大的激光功率产生潜力,2 mm长的晶体产生的最高连续波输出功率为11 W,相对于吸收抽运功率,光—光转换效率为68%,而斜率效率则达80%. 关键词： 吸收谱 发射谱 激光振荡 各向异性     

高功率光子晶体光纤放大器实验研究

利用掺Yb³⁺的光子晶体光纤作为光纤放大器的增益介质,采用反向抽运方式,分别从理论和实验方面研究了不同信号的增益特性,在信号光功率为6W,抽运光功率为160W时,获得了104W的输出功率.实验发现,当抽运功率大于一定值时,放大器输出会有一定的不稳定性,并影响输出功率的进一步提高. 关键词： 光子晶体光纤 光纤放大器 反向抽运 高功率     

2μm人眼安全波段太阳光抽运激光器的理论研究

太阳光直接抽运激光器在空间光通信、遥感等领域有着重要的潜在应用,但是一直以来人们对太阳光抽运激光器的研究局限于以掺Nd3+粒子为增益介质的1μm波段.通过对现有固体激光工作物质的吸收谱进行分析,发现掺Tm3+离子在太阳辐射较强的可见光波段具有强的吸收峰,使2μm人眼安全波段实现太阳光直接抽运激光输出成为可能.本文对Tm:YAG和Tm:YAP两种常见晶体的吸收谱与太阳光谱匹配度进行了分析计算,得出两种材料用于太阳光抽运激光器的阈值抽运功率密度分别为1.14和1.434 kW/cm3.选择与抽运阈值功率密度低的Tm:YAG晶体作为增益介质,使用TracePro软件建立太阳光抽运激光器的二级抽运模型,并对模型进行优化,得到了锥形腔窗口与菲涅耳透镜的最佳距离、晶体棒的最佳长度以及锥形腔最佳锥度.本文的工作为实现太阳光直接抽运2μm激光输出做了理论上的准备.     

单斜结构的Yb:KLu(WO4)2晶体光谱和激光性质的各向异性

研究了Yb:KLu(WO4):晶体对非偏振抽运光的吸收以及连续波激光振荡性质.晶体结构的低对称性导致晶体光谱呈强烈各向异性,最强的吸收和发射都发生在平行于Nm.主轴的偏振方向上.Ng切向晶体具有最高的非偏振抽运光吸收效率和最大的激光功率产生潜力,2mm长的晶体产生的最高连续波输出功率为11 W,相对于吸收抽运功率,光一光转换效率为68%,而斜率效率则达80%.     

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%.     

采用光谱展宽技术的钛宝石飞秒激光放大器

报道了飞秒激光啁啾脉冲放大器中的激光脉冲光谱展宽技术，实验中使用了几种光谱展宽元件，结果表明使用激光光谱展宽元件能有效地将飞秒激光脉冲 光谱展宽，抑制了飞秒激光放大器中常见的激光脉冲光谱增益窄化现象，从飞秒放大系统的振荡级输出28fs种子脉冲，放大后得到了重复频率为10Hz、峰值功率为1．6TW、脉冲宽度37．5fs的超短强飞秒激光脉冲 。     

低温GaAs被动调Q锁模Nd∶Gd_(0.42)Y_(0.58)VO_4混晶激光器特性研究

采用低温生长GaAs晶体作为被动饱和吸收体兼输出镜,实现了Nd∶Gd0.42Y0.58VO4混晶激光器的调Q锁模运转。研究了Nd∶Gd0.42Y0.58VO4激光器的基频运转特性。在输出镜透射率T=10%、腔长L=40 mm的情况下,当抽运功率为8.6 W时,获得激光输出功率3.78 W,光光转换效率为43.9%。并测量了Nd∶Gd0.42Y0.58VO4混晶被动调Q激光器的输出特性。实验结果表明激光器调Q运转阈值为2 W,当抽运功率为3.7 W时,激光器出现调Q锁模行为;当抽运功率为8.6 W时,激光器调Q锁模深度达70%以上,对应的脉冲包络重复频率为670 kHz,半峰全宽为180 ns,平均输出功率为1.35 W,光光转换效率为15.7%。