连续泵浦准分子宽带泵浦碱金属激光器泵浦阈值理论研究

基于四能级受激准分子宽带泵浦碱金属激光器（XPAL）的工作机理建立了连续波半导体激光器泵浦的四能级XPAL理论模型,该模型基于速率方程,考虑泵浦光线宽与伴峰吸收线宽,采用迭代算法求解,主要用于分析半导体激光器连续泵浦四能级XPAL系统的泵浦阈值特性。讨论了温度、蒸气室长度、泵浦光线宽、输出耦合率和惰性气体粒子数密度对泵浦阈值的影响,结果表明激光器存在一个最佳温度可以使泵浦阈值达到最小,且在最佳温度附近较大范围内泵浦阈值不会有较大变化。除此之外,对蒸气室长度、输出耦合率、泵浦光线宽和惰性气体粒子数密度的分析表明,相较于惰性气体粒子数密度,其他参数的变化对泵浦阈值的影响较小。而较高的惰性气体粒子数密度可以有效提升增益介质对泵浦光的吸收从而降低阈值。     

连续泵浦准分子宽带泵浦金属激光器泵浦阈值理论研究

基于四能级受激准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)的工作机理建立了连续波半导体激光器泵浦的四能级XPAL理论模型,该模型基于速率方程,考虑泵浦光线宽与伴峰吸收线宽,采用迭代算法求解,主要用于分析半导体激光器连续泵浦四能级XPAL系统的泵浦阈值特性。讨论了温度、蒸气室长度、泵浦光线宽、输出耦合率和惰性气体粒子数密度对泵浦阈值的影响,结果表明激光器存在一个最佳温度可以使泵浦阈值达到最小,且在最佳温度附近较大范围内泵浦阈值不会有较大变化。除此之外,对蒸气室长度、输出耦合率、泵浦光线宽和惰性气体粒子数密度的分析表明,相较于惰性气体粒子数密度,其他参数的变化对泵浦阈值的影响较小。而较高的惰性气体粒子数密度可以有效提升增益介质对泵浦光的吸收从而降低阈值。     

微片激光器模式匹配

分析纵向泵浦微片激光器模式的模型,给出了泵浦光参数和腔模光参数如何影响激光器输出光强的大小,通过数值计算可得出最佳模式匹配.     

半导体泵浦铷蒸气激光器阈值特性

以速率方程为基础建立理论模型,采用迭代计算方法,对单程端面泵浦铷蒸气激光器的阈值特性进行了详细研究。研究表明,铷室温度和长度对阈值泵浦功率密度的影响具有等价性,存在使阈值功率密度达到最小的最佳铷室长度与温度组合。泵浦光线宽对阈值功率密度的影响基本呈线性;泵浦光线宽越宽,泵浦光中心波长与铷原子吸收波长的偏移量对阈值功率密度的影响越小;存在最佳的铷原子吸收线宽,使阈值功率密度达到最小;为减小阈值功率密度,铷室窗口片应尽量考虑镀膜,谐振腔输出耦合率不宜大于80%。     

二极管抽运铷蒸气激光的物理特性

结合激光微观动力学和热传学,充分考虑到发射激光时的各能级粒子数和热力学分布特性,建立了用于分析二极管抽运铷金属蒸气激光物理特性和增益腔内的温度分布模型,得到了抽运功率和激光输出、光-光转换效率及各物理参数之间的关系,分析了有效提高抽运能量吸收的具体措施,揭示了2P3/2和2P1/2两个精细能级之间的集居数弛豫对半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)物理特性的影响。结果表明:在设计不同用途DPAL时,必须要综合考虑各种因素,以确定相应的最佳结构参数。     

光谱特性对半导体泵浦碱蒸气激光器性能的影响

以速率方程模型为基础研究了光谱特性对半导体泵浦碱蒸气激光器性能的影响。结果表明:碱蒸气激光器的运行存在最优温度,温度和长度对碱蒸气激光器性能的影响是等价的,可以定义一个与温度和长度无关的效率描述其它参量一定时激光器的最优效率;泵浦谱宽对阈值泵浦强度的影响是线性的,由于碱金属原子在谱线远翼具有较大吸收截面,即使泵浦谱宽几倍或十几倍于原子吸收谱宽时也可能获得较高的效率;原子吸收谱宽对阈值泵浦强度的影响是非线性的,随着原子吸收谱宽的增加激光器光-光效率出现饱和下降;泵浦谱宽和原子吸收谱宽越宽,半导体激光器由于温度或电流导致的中心波长漂移的影响越小,实际中采用外腔压窄的半导体激光器阵列(谱宽小于200 GHz)可以控制其温度或电流漂移,使得碱蒸气激光器的性能基本不受影响。     

半导体抽运铯蒸气激光器阈值特性分析

本文建立了一种速率方程模型,以铯蒸气为例描述了半导体抽运碱金属蒸气激光器的阈值特性.经数值求解该模型,定量分析了抽运光束腰位置和半径、蒸气池长度、运行温度等参量对激光器的阈值抽运功率的影响.结果表明,存在最佳的抽运光束腰位置和半径、蒸气池长度以及运行温度使阈值最低,此外改善抽运光束质量也能有效降低阈值抽运功率.所得规律与目前实验事实基本相符,表明了该模型能较好地反映半导体抽运碱金属蒸气激光器的阈值特性,为该类激光器的优化设计提供一定的借鉴和参考.     

铷D2线饱和吸收光谱的测量

采用由同一半导体激光器发出的2束(弱探测光和强泵浦光)相向传播的激光光束,通过铷池,消除多普勒背景后,观察Rb-D2线超精细能级跃迁的饱和吸收光谱,并观测改变铷池的池温、泵浦光和信号光的功率对饱和吸收光谱的影响.     

半导体泵浦铷蒸气激光器出光实验

针对中心波长780 nm的商用连续波半导体激光器,使用斩波器将连续激光变为脉冲输出形式,用2400 line/mm的平面全息光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.2 nm以下。采用透镜组对线宽压窄后的半导体激光进行光束整形,半导体激光经线宽压窄和光束整形后,经透镜聚焦进长约8 mm的铷蒸气泡进行半导体泵浦碱金属激光实验。首次出光得到17.5 mW的基模线偏振铷激光;在最新的改进实验中,半导体泵浦铷激光输出功率已达到2.8 W。     

掺铒光纤激光器输出特性的研究

根据掺铒光纤激光器的速率方程,对线性腔连续掺铒光纤激光器的输出特性进行了详细的理论分析,得到了980 nm泵浦的掺铒光纤激光器在稳态条件下的解析表达式.利用数值模拟结果对光纤激光器的上下能级粒子数和泵浦功率沿光纤长度分布以及泵浦阈值、斜率效率等进行了分析和讨论,并进行了980 nm泵浦的掺铒光纤激光器的实验,实验证明:光纤激光器的阈值与理论计算基本一致.     

Single mode operation of a narrow bandwidth dye laser using a single prism, grazing incidence grating long cavity

The single mode pulsed dye laser is an attractive tool for many spectroscopic applications. Long cavity tunable dye lasers generally operate in multi-longitudinal modes within the bandwidth of gain profile. Single longitudinal mode oscillation can be obtained by either making the cavity short enough or introducing an additional loss mechanism, in which all modes but one have a gain less than their loss. A new technique to achieve single mode operation in a long cavity dye laser, based on Rhodamine 6G dye in ethanol and ethylene glycol solution, pumped by a high repetition rate copper vapor laser, is reported. This laser, which operates in three modes in grazing incidence grating configuration (cavity length of 16 cm), has been made to lase in single mode by increasing the loss in the resonator through beam walk-off.     

二极管泵浦激光器中泵浦光分布对激光器模式影响程度的计算方法

在激光器中,通常泵浦光呈不均匀分布,由此引起介质的增益也相应地出现不均匀分布,导致振荡光通过增益区时其分布发生变化。提出一种计算不均匀的泵浦光分布对于激光器内振荡光模式的影响程度,可以近似获得振荡光对原来场分布偏离的百分比的方法。在此基础上,对准连续运转的三向侧面泵浦激光器进行研究,分析不均匀泵浦光分布对振荡光场影响的规律。结果表明:当泵浦功率增加或谐振腔内损耗增加时,振荡光通过增益区时对原来分布的偏离程度也同时增加,呈单调变化关系;泵浦光不均匀分布对振荡光场的影响,与其沿振荡光轴向上的分布无关,仅仅取决于其在与振荡光垂直方向上的不均匀分布程度。通过计算还获得了此类效应的数量级,在2 000 W泵浦功率条件下,这种影响仅使振荡光偏离理想分布不到4%,而泵浦功率达到6 000 W时这种偏离则高达20%以上。     

铷原子热蒸气中强非线性效应产生激光模式图样的实验研究

研究了具有高斯横向分布的连续激光束单次通过铷原子蒸气后,在近共振附近铷原子蒸气中,由强的非线性克尔效应导致激光分裂成细丝的现象,并且这些细丝的衍射图样在远场通过相干叠加,可以形成具有规则结构的斑图模式.实验上研究了输入光功率,铷泡温度和抽运激光频率相对于⁸⁵Rb原子D₂线的不同失谐位置等因素对斑图模式的影响.由于铷原子的超精细能级结构,在铷原子蒸气中同时存在与三阶非线性效应相关的四波混频现象,通过扫描探测光的频率同时观察到具有斯托克斯和反斯托克斯光子的拉曼增益现象. 关键词： 铷原子蒸气 克尔效应 自聚焦 斑图     

CONCEPTUAL DESIGN OF BESSEL BEAM CAVITY FOR FREE-ELECTRON LASER

The conventional cavity for a free-electron laser (FEL) oscillator usually forms an optical beam of Gaussian mode, which undergoes transverse spread along the interaction region. The transverse divergence of an optical beam will induce reduction of the FEL gain from three aspects: degenerating filling factor, causing diffraction loss and limiting the effective interaction distance. Bessel optical beam has been experimentally demonstrated diffraction-free characteristics in its propagation, which provides a possibility of improvement of FEL gain. In this paper, we present a conceptual design of a Bessel beam cavity for the free-electron laser oscillator. This cavity generates nondiffracting optical beam in the wiggler, resulting in improving the filling factor, decreasing the diffraction loss and elongating the effective interaction distance.     

Influence of spatial mode matching in end-pumped solid state lasers

We present investigations on the influence of mode matching on the efficiency of longitudinally pumped solid state lasers. In a theoretical part we enhance an existing model for four level lasers from idealized cylindrical modes to arbitary pump and laser modes in a random relative position thereby neglecting beam deformation due to thermal effects. The theoretical predictions were confirmed experimentally with an end-pumped Nd:YAG rod operated at 1064 nm. To investigate the effect of misalignment on the efficiency we used a Ti-Sapphire pump laser which was displaced relative to the laser beam. To establish the influence of arbitary pump modes on laser performance a diode laser equipped with coupling optics served as pump source for the same resonator. The resulting decrease in slope efficiency compared to the Ti-Sapphire pumped system could be explained in terms of limited mode overlap due to the characteristic pump field distribution produced by the diode coupling optics.     

抽运光分布对二极管抽运激光器振荡光光束质量的影响

研究了二极管抽运激光器（DPL）中抽运光的空间分布对振荡光光束质量的影响.通过对端面 抽运情形下光场运动方程的研究，发现不均匀的空间增益分布会影响激光振荡的模式，并且 使得基模振荡光偏离高斯分布.引入一个称之为抽运光影响因子参数，来判断这种影响的程 度.研究表明，这个参数计算方便而且实用.在对基模调Q脉冲激光的研究中发现，由于抽运 光的影响，脉冲前沿的场分布将由远离高斯分布向接近高斯分布变化，称之为脉冲前沿的场 倏变现象. 关键词： 激光二极管 二极管抽运激光器 光束质量     

透明导电薄膜ITO对浅面浮雕VCSEL的影响

对于顶面出光的浅面浮雕VCSEL结构,有源区的电流密度分布的不均性制约着单模稳定性的提高。为此,提出了一种新型结构:氧化铟锡透明导电薄膜(ITO)浅面浮雕VCSEL。该结构不仅能够增大高阶模式的阈值增益,还能够提高基模的增益,实现基模对高阶模式的稳定抑制。研究了ITO的厚度对阈值增益的影响及ITO对VCSEL有源区电流密度分布的影响。研究结果表明:在ITO的厚度为半波长的整数倍时,基模对高阶模式的限制作用最强;ITO通过改善VCSEL有源区的电流密度分布,达到了增大基模的增益和降低高阶模式增益的目的,同时还降低了串联电阻和外电压。     

Analysis of temperature distributions in diode-pumped alkali vapor lasers

Assuming the pump light to be a Gaussian beam and considering the medium absorption, we establish the heat conduction model to describe the temperature distribution in diode-pumped alkali vapor lasers (DPALs) with two different pumping ways. Combining with the experimental parameters in cesium laser, the spatial temperature distribution picture, the longitudinal and the radial temperature distributions of two cesium lasers are obtained by numerical solving the model. Influences of the pump power, the beam waist and the absorption coefficient on the axial and the radial temperature distribution are calculated and compared for the two Cs lasers. The result suggests that Cs laser pumped by two laser diode arrays can improve the spatial temperature distribution condition and reduce the longitudinal temperature gradient, which is good for reducing the thermal effects and improving the output characteristics of DPALs.