400 Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4 J。     

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.     

带相位共轭镜的Nd∶YAG激光系统

研究了相位共轭镜用于改善MOPA激光系统光束质量的特性研究.利用单纵模环形激光器作为振荡级,对加装有相位共轭镜的MOPA系统的相位共轭反射率、阈值进行了测试,并获得了重复频率10 Hz、单脉冲能量大于200 mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出.     

带相位共轭镜的Nd:YAG激光系统

研究了相位共轭镜用于改善MOPA激光系统光束质量的特性研究.利用单纵模环形激光器作为振荡级,对加装有相位共轭镜的MOPA系统的相位共轭反射率、阈值进行了测试,并获得了重复频率10Hz、单脉冲能量大于200mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出.     

1J高光束质量免水冷脉冲Nd:YAG激光器

研制了一种TEC制冷LD侧泵高能量、高光束质量、电光调Q全固态Nd∶YAG激光器。在主振荡器中晶体棒的尺寸为φ7 mm×100 mm,Nd原子数比例为1.1%,LD泵浦的最大峰值功率为15 kW,在重复频率为10 Hz时,获得了350 mJ输出能量,脉冲宽度为9.7 ns,光束质量因子M~2在水平和垂直方向分别为3.3和3.8。使用主振荡功率放大结构,提高了最终的输出功率。第一级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ7.5 mm×134 mm,在输出重复频率10 Hz、泵浦电流80 A、泵浦脉冲宽度200μs时,得到最大单脉冲能量700 mJ,脉冲宽度10 ns。第二级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ8 mm×100 mm,泵浦电流为80 A。最终我们获得了最大的单脉冲能量1 085 mJ,脉冲宽度10 ns,能量不稳定度小于3%,测量的光束质量因子M~2在水平和垂直方向分别为3.9和4.8,实现了焦耳级高光束质量Nd∶YAG激光器的小型化、无水冷化。     

LD侧泵浦Nd：YAG板条双程功率放大器初步研究

 对二极管激光侧泵浦Nd：YAG板条双程功率放大器进行了初步的研究,给出了激光器的数值模拟结果,建立了二极管侧面泵浦Nd:YAG板条激光主振荡-多程放大(MOPA)系统;在100Hz重复频率时,实验获得单脉冲能量为51.9mJ的输出,光束质量M ²小于2,脉冲能量起伏小于2%, 实验结果与数值计算结果相符合。     

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.     

高功率全固态绿光激光技术研究进展

 报道了高功率全固态腔内和腔外倍频两种绿光激光器研究进展。腔内倍频绿光激光器采用L型腔双棒串接结构,在重复频率10 kHz时,用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率186 W,光-光效率达15.8%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器,在重复频率400 Hz时,获得基频激光单脉冲能量1.2 J,采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔外倍频,获得525 mJ的绿光输出,倍频效率为43.7%。采用偏振合成技术获得了单脉冲能量大于1 J的绿光输出。在该激光放大器实验装置上,进行了双模块热效应补偿技术和受激布里渊散射相位共轭技术实验研究,改善了激光光束质量。     

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器技术

二极管泵浦NdYAG棒双通放大器采用两个峰值功率6.5 kW激光泵浦模块作为泵浦源.每个激光泵浦模块由81个二极管激光器组成,NdYAG棒直径为6 mm,Nd掺杂质量分数1%.在两个封装方式和结构一致的激光泵浦模块之间采用光学像传递和插入90°石英旋转片进行退偏补偿.在重复频率400 Hz,谐振腔输出单脉冲能量6 mJ时,双通输出400 mJ,激光器光-光转换效率为12.3%,光束质量4.6,脉宽15 ns.     

环形腔2.05μm单谐振KTP晶体光参量振荡器研究

针对大气CO_2浓度探测差分吸收激光雷达的应用需求,采用稳定环形腔和模式匹配设计,搭建了一套单纵模1 064nm激光泵浦的单谐振KTP晶体光参量振荡器,获得高斜率转换效率、基横模的2.05μm波长纳秒激光脉冲输出.在8字形环形行波稳定腔中,将2块II类相位匹配KTP晶体以走离补偿方式放置,在20Hz重复频率下,当泵浦单脉冲能量达到11mJ时,获得了单脉冲能量为2.4mJ的2.05μm信号光输出,脉宽约24ns,斜率效率达到53%.2.05μm信号光光束质量因子在x、y方向分别为1.3和1.2.     

400-Hz pulsed single-longitudinal-mode Nd:YAG laser with more than 100-mJ pulse energy and good beam quality

An all solid state master-oscillator-power-amplifier laser system was experimentally investigated using a pulsed-diode-pumped single-longitudinal-mode Nd:YAG laser as a master oscillator. The system was operated with 400 Hz pulse repetition rate. The amplifiers contain a pre-amplifier and a power amplifier. A specially designed large aperture tapered fiber as a solid state phase conjugation mirror was used in the power amplifier to improve the beam quality. The maximum pulse energy of 101 mJ is obtained after double-pass amplification. The pulse duration is less than 6 ns. The corresponding peak power reached 16.8 MW for each single pulse.     

应用熔石英棒相位共轭镜的LD泵浦激光MOPA系统

 用熔石英棒作为相位共轭镜材料，在LD泵浦的激光MOPA系统中实现了在 100和400 Hz下的受激布里渊散射相位共轭。实验测得重复频率100 Hz时双通放大后的x和y方向的光束质量平方因子分别为1.74和1.66，最大反射率达到24.33% ，脉冲宽度从60 ns压缩到31.34 ns。重复频率400 Hz时双通放大后的x和y方向的光束质量平方因子分别为2.10和2.12，脉冲宽度从56.69 ns压缩到28.84 ns。     

二极管面阵侧泵浦Nd:YAG双板条激光器

 叙述了二极管面阵侧泵浦双板条耦合单横模 Q 开关激光器的研制。泵浦源为二极管面阵激光器,使用梯形波导板耦合系统,耦合效率达90%,谐振腔为凸凹腔,全反射镜的曲率半径为 3.0m的凹面镜,输出镜为曲率半径3.0m的可变反射率超高斯镜。激光器在 100Hz 重复频率下,输出单脉冲能量18.23mJ,脉宽为15.25ns,光束质量M²<1.5具有平顶分布的超高斯光束。     

角锥棱镜腔激光二极管抽运被动调Q激光器

为了提高传导冷却条件下激光二极管(LD)侧向抽运被动调Q激光器的光束质量和输出稳定性,采用了两组半圆柱面激光二极管阵列侧向交错抽运两根串接的激光棒,实现了均匀抽运和散热。通过实验分析了横模结构对被动调Q稳定性的影响,设计了角锥棱镜-高斯输出镜非稳腔,在显著提高器件光束质量的同时,明显改善了被动调Q的稳定性,并保证了谐振腔的机械稳定性。在此基础上研制了一台重复频率20 Hz、单脉冲能量64 mJ、脉冲宽度7 ns、稳定性优于±5%、光束发散角0.6 mrad、光-光效率9.1%,且光轴指向稳定的工程实用器件。     

Highly efficient electro-optically Q-switched 473 nm blue laser

An external frequency doubling electro-optically Q-switched neodymium-doped yttrium aluminum garnet(Nd:YAG) 473 nm blue laser was demonstrated. With absorbed pump energy of 48 mJ at 100 Hz repetition rate, about 2 mJ of 473 nm blue laser pulse energy was achieved by cascade frequency doubling. The second harmonic conversion efficiency was 64.5%, and overall optical-optical efficiency was 4.2%, respectively. The blue laser pulse width was less than 10 ns, and beam quality factor was less than 2.4.     

高重复率电光调Q的高光束质量Nd∶YVO_4板条激光器

部分端面抽运混合腔板条激光器可以在紧凑的空间内实现大功率高光束质量的激光输出。利用这一技术并结合具有增益高、荧光寿命短等特点的Nd∶YVO4晶体 ,配合新型高重复率的电光Q开关 ,易于实现高频窄脉冲高光束质量的激光输出。在德国EdgeWaveGmbH进行了混合腔电光调Q激光器的合作研究中 ,实现了高重复率近衍射极限的输出 ;在以 5kHz的高重复率运转时 ,获得了单脉冲能量 7 2mJ ,脉宽 5 7ns,平均功率约 36W的脉冲 ;当重复率高达 5 0kHz时 ,输出的激光脉冲的参量是单脉冲能量 1.6mJ,脉宽 9 5ns,平均功率超过 80W。实验所测的光束质量因子M2 小于 2。     

Large aperture tapered fiber phase conjugate mirror in MOPA laser systems with high repetition rate and high pulse energy

A large aperture tapered fused silica fiber phase conjugate mirror with a maximum 50.7% stimulated Brillouin scattering (SBS) reflectivity is presented, which is operated with 400 Hz pulse repetition rate and 36.5 mJ input pulse energy. To the best of our knowledge, it is the first time that over 50% SBS reflectivity is achieved by using solid-state phase conjugate mirror under such high pulse repetition rate and high pulse energy. With much higher pulse repetition rate of 500 and 1000 Hz, the maximum SBS reflectivity is 41.2% and 33.3%, respectively. A single-longitudinal-mode Nd:YAG laser is experimentally studied with master oscillator power amplifier (MOPA) scheme using such a tapered fiber as a phase conjugate mirror. A 101 mJ pulse energy is achieved at 400 Hz repetition rate, with a pulse width of 6 ns and a M² factor of less than 2. The corresponding peak power reaches 16.8 MW.     

激光二极管抽运电光调Q双通激光器中的光纤相位共轭

为了降低高重复频率脉冲固体激光器中热致光束畸变对光束质量的影响，在激光二极管抽运、电光调Q的Nd：YAG激光双通放大系统中对多模石英光纤相位共轭镜进行了实验研究。激光重复频率100Hz、脉宽20ns。实验结果表明：应用多模光纤能够显著改善放大级中热效应引入的波面畸变，双通获得近衍射极限的激光输出，并可大幅度压缩脉宽至7ns，达到了3：1的压缩比。在受激布里渊散射阈值附近，实验中观察到相位共轭光光斑剧烈闪烁，而随着注入光纤能量的增大，闪烁现象渐渐消失，输出激光能量的稳定度提高，在注入能量5．3mJ的情况下，获得了14％的能量不稳定度，此时的反射率和退偏率分别为32．6％和7％。     

200 W双谐振腔组合单向输出准连续绿光激光器

研究了最大平均输出功率达206 W的高功率准连续绿光激光器.利用ABCD定律及高斯光束在腔内的自再现条件,分析了激光晶体热透镜效应及热致双折射效应对谐振腔稳定性和输出光束质量的影响.实验中将两个型号相同的LD侧面泵浦激光模块分别置于一个平-凹V型谐振腔和一个平-凹直腔内,形成两束稳定运转的1 064 nm基频光,经过声光Q开关和倍频晶体后,产生两束倍频光,均到达平面折叠镜,最终由平面折叠镜单向重叠输出.当激光模块的泵浦电流为50 A,声光调Q的重复频率为22.4 kHz时,最大平均输出功率为206 W,最大单脉冲能量为9.2 mJ,脉冲宽度为201 ns,峰值功率为45.8 kW的532 nm绿光输出,倍频效率达到60.2%.激光器2 h工作的功率不稳定度优于2.5%.     

High energy flash-lamp pumped Nd:YAG laser emitting at 1073.8 nm

A flash-lamp pumped Nd:YAG laser emitting 1073.8 nm is demonstrated. A thin film polarizer is inserted into the cavity for generating linearly polarized lasers. With incident pump energy of 69.6 J and pulse repetition rate of 1 Hz, output pulse energy of up to 487 mJ is obtained from a 1.0 at % Nd-doped Nd:YAG rod with a size of Ø6 mm × 110 mm. And the polarization ratio is more than 1000:1 at the output pulse energy of 487 mJ. The beam quality factors in the two orthogonal directions are 24.4 ± 0.2 and 24.6 ± 0.2, respectively.