基于掩埋光栅一级分布反馈结构的太赫兹量子级联激光器

结合理论和实验研究了掩埋光栅一级分布反馈太赫兹量子级联激光器中的模式竞争和功率特性。理论计算得到掩埋光栅腐蚀深度与两个带边模式的波导损耗、光学限制因子、辐射损耗以及辐射效率的关系。理论计算表明,掩埋光栅分布反馈结构可以通过改变腐蚀深度,保证激光器稳定单模工作在高频带边模式的同时,调节激光器的阈值增益以及辐射效率。实验和测试结果表明,激光器辐射波长和掩埋光栅的周期成正比,激光器可以在整个动力学范围内稳定单模工作。单模激光器的波长范围可覆盖86.2~91.7μm的范围,边模抑制比可达25 dB,最大输出功率为9.1 mW。该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相耦合激光器阵列的研制。     

固体激光器与光纤激光器对光子晶体光纤棒耦合的分析与对比

耦合效率的高低与耦合后光斑的好坏直接影响着光子晶体光纤棒的放大效果,因此需要对种子光的耦合效果进行研究,选择合适的激光器作为种子源。本文对光子晶体光纤棒在固体激光器与光纤激光器两种情况下的耦合效率进行了理论分析;模拟计算了两种激光器情况下耦合效率的变化规律以及对准误差对耦合效率的影响;选择合适的透镜或透镜组,使用两种激光器对光子晶体光纤棒进行了耦合实验;对比两种激光器的耦合效果可知:固体激光器的耦合效率最高只能达到62.4%,而光纤激光器的耦合效率可以达到80%以上;在光纤激光器耦合情况下,对不同功率注入时耦合效率,以及耦合后光斑进行了实验分析。得到的实验结果对后续光纤棒的放大实验具有指导作用。     

增益导引锁相列阵激光器实验及波导分析

用液相外延方法制做了十五个氧化物条形半导体激光器集成在一起的耦合多条形激光器,实现了锁相工作,脉冲峰值功率为4W/plane(300ns,5kHz).在对单条形激光器的模式特性完成数值分析的基础上,运用耦合模理论,对耦合多条形激光器的波导特性进行了数值分析和计算,计算结果和实验基本一致.     

由热应力决定的高功率连续Nd:YAG激光器的最大泵浦功率

本文报导了一台累积寿命为50小时的高功率连续激光器(更换一次氪灯)。其最大输出功率为366W,并研究了该激光器的输出特性和稳定性.此外,从实验上测量了激光棒内部耗散的功率,分析了Nd:YAG晶体棒中的温度和热应力,指出了高泵浦功率下热应力的存在是棒发生炸裂的主要原因,并确定每根棒的最大泵浦功率.     

CO_2 激光器平凹谐振腔的实验选择

对于封离式CO2激光器,目前大多采用平凹谐振腔,即输出镜为锗平行平面镜(一般不镀膜),全反射镜为镀金凹面镜.考虑到放电管的直径和长度以及锗镜两反射面的平行度,凹面反射镜取多大的曲率半径才能得到谐振腔的最佳匹配,从而得到最大的基模激光功率输出呢?对以上问题我们进行了实验选择.得到的结果是,当凹面镜的曲率半径R为腔长L的1.3至2.3倍时,都可以得到较大的基模功率输出.做实验用的激光器的凹面反射镜是可调可更换的.因而每更换一个凹面反射镜,都可以调得相应的最佳耦合,并调节激光器的工作电流,测得相应的最大输出功率.对于这个结果,曾…     

侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器

利用光纤角度磨抛侧面耦合新技术研究了侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器。实验上采取新的加工工艺获得了端面具有小锐角磨抛斜角的多模光纤,专门设计的高精密机械调整结构有效地将多模光纤的斜面和双包层光纤的侧面精确对准,通过不同的折射率匹配材料进行的研究,发现折射率匹配材料对于注入功率和抽运效率都有较大影响。实验中通过光纤角度侧面耦合器能够注入1．12W抽运光进入双包层光纤,侧面耦合效率最高可达80％。将该侧面耦合技术用于侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器,在单个尾纤输出的半导体激光器侧面抽运下得到光纤激光器的最大连续激光输出功率282mW,斜率效率为55．5％。实验结果表明,光纤角度磨抛耦合技术是掺Yb双包层光纤激光器的一种简单有效的侧面抽运方式。     

光纤环形镜线形腔掺Er3+光纤激光器输出特性的数值分析

在分析光纤环形镜工作原理的基础上,给出了基于光纤环形镜的线形腔掺Er3+光纤激光器相位和幅度的振荡条件.通过求解速率方程,理论分析了其输出特性,获得了稳态条件下激光器输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率的解析表达式.推导出激光器工作所需掺Er3+光纤最短长度,并在给定泵浦光功率时,在特定输出波长上获得最大输出功率所需最佳掺Er3+光纤长度的表达式,且通过实验进行了验证.     

两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定.在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的下涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性.实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%.在抽运功率为150 W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8 W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%.实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率.     

内壳层光电离机制物理现象的实验观测

内壳层光电离机制是产生粒子数反转的途径之一，如何在中等功率的激光器上产生接近“水窗”波段的Ｘ光激光输出是人们关注的一个焦点。本文介绍在双靶耦合条件下利用内壳层光电离原理产生粒子数反转的实验研究，包括：实验原理、靶型选择、泵浦靶Ｘ光源强度测量及工作靶线谱诊断等，最后对实验结果进行了讨论，认为在国内目前条件和我们已采取的措施下，双靶耦合光电离机制只能产生微弱的粒子数反转。     

声光调Q CO2激光器的输出特性

采用谐振腔内插入声光调制器（AOM）的方法获得了小型CO2激光器的高重频、窄脉宽、高峰值功率输出。通过分析CO2激光器声光调Q的工作原理,利用基于小信号增益和饱和光强的耦合输出数学模型给出了激光器最佳输出镜透过率的数值解,并运用相关实验装置对该数学模型进行了实验验证。理论分析和实验结果均表明：该声光调Q CO2激光器的最佳输出镜透过率为39%。研究了激光器输出性能随脉冲重复频率的变化规律,当脉冲重复频率〉1 kHz时,激光器输出峰值功率下降,这与CO2分子上能级寿命有关,并受声光调Q开关热效应的影响。实验中获得的激光器脉冲频率在1 Hz～100 kHz可调。在脉冲频率为1 kHz时,获得的激光脉冲宽度为156 ns,脉冲峰值功率为10 kW,且稳定性较好,非常适合于作激光与物质相互作用的光源。     

存在外部光反馈的半导体激光器的相位噪声

本文在理论上研究了由于外部光反馈引起的半导体激光器的相位噪声.理论分析是通过引入一个反馈耦合率K和线性化速率方程,导出了半导体激光器相位噪声功率谱密度的表达式.这表明相位噪声功率谱密度随外腔长度而周期性地漂移,且功率谱密度的峰值随外部反馈耦合率而发生很大的变化.     

大口径薄片激光器失调输出特性

对大口径的薄片激光器的失调输出特性进行了理论和实验研究,V-型腔由平面输出耦合镜和凹面反射镜及孔径光阑组成。基于矩阵光学和失调衍射积分方程得到了激光器的功率失调曲线。实验测量了在200 Hz泵浦频率下加入不同孔径光阑后谐振腔失调对输出功率的影响和谐振腔失调对光束质量的影响,以及在300 Hz泵浦频率下输出功率分别与平面输出耦合镜和凹面反射镜失调的关系。实验结果表明:失调输出功率和失调角度成二次函数关系,失调容限和腔镜口径成正比,光束质量因子随失调角度的增大而变小。     

基于sol-gel法制备掺铒微腔激光器及其光学特性

用sol-gel法加工掺铒微环芯腔,得到品质因数高、模式体积小、非线性阈值低等优良光学特性的掺铒微环芯腔激光器.在精密三维调节-二维监控实验平台上对掺铒微环芯腔进行光纤锥倏逝场近场耦合实验.通过对耦合程度和泵浦源激光输入功率的调节,得微环芯腔的品质因数Q超过107.当泵浦源激光波长为1 444.44nm时,微环芯腔输出波长为1 450.54nm的激光,最大输出功率为3.00μW,泵浦源输入功率的最低阈值为10.5mW.     

260 W波长锁定光纤耦合输出泵浦模块实验研究

半导体光纤耦合输出泵浦源是光纤激光器的核心器件,其性能直接制约光纤激光器的输出水平。采用COS封装的高功率LD芯片,通过VBG外腔光谱锁定和精密光束整形变换技术,结合偏振合束与精密聚焦耦合技术将18个LD单元耦合进105 μm/NA0.22光纤,获得不低于260 W功率输出。实验表明,该模块在注入电流18 A时,可获得稳定输出连续功率264 W,对应电光效率52%,输出光谱中心波长975.92 nm,谱宽0.51 nm。该设计为获得高功率、高亮度波长稳定泵浦源提供了一条可行途径,光纤耦合输出模块工程化后可广泛应用在光纤激光器泵浦等领域。     

基于激光火工系统的烟火泵浦激光技术

为研究烟火泵浦激光输出性能,对烟火泵浦激光器中泵浦源与激光晶体棒进行匹配实验研究和烟火泵浦激光器出光实验研究,以及烟火泵浦激光器光纤耦合输出实验研究。实验结果表明:烟火泵浦激光器选用锆氧闪光灯作为泵浦源,与工作物质为Nd∶YAG激光工作物质是相匹配的,烟火泵浦激光器输出能量4.82 J,满足烟火泵浦激光火工系统的能量输出需要;烟火泵浦激光器光纤耦合输出能量2.87 J,光纤耦合装置耦合效率达到50%以上,为烟火泵浦激光器用于战斗机舱盖抛放、飞行员座椅弹射逃生等火工系统研究提供了重要的技术支持。     

子激光器功率差对光纤激光器相干组束的影响

设计了由两支光纤激光器通过耦合器组成的迈克尔逊腔型光纤激光器阵列,实现了相干合成输出,相干合成功率与完全相干合成的理论值偏差约9％。研究了子激光器功率差对低损耗端口相干合成特性的影响。结果表明：当子光纤激光器功率差减小时,耦合效率增大,理论与实验偏差减小,泵浦效率增大,输出功率增大,光谱中心波长基本不变;子激光器功率越大,子激光器功率差对以上物理量的影响越小。     

Cr4+∶YAG被动调Q微晶片激光器重复频率稳定性研究

对连续激光二极管抽运Nd∶YVO4/Cr4+∶YAG被动调Q微晶片激光器输出激光重复频率的稳定性进行了理论和实验研究.结果表明,谐振腔内存在最佳净增益,可以使激光器工作在稳定区.通过优化腔内的净增益,耦合输出镜反射率为85%,饱和吸收体初始透射率为70%,抽运功率从1.05 W到1.20 W的情况下,激光器工作在稳定区.当抽运功率为1.16 W时,获得了重复频率为19.48 kHz,稳定性优于0.68%(RMS)的高重复频率激光输出.进一步分析了抽运功率抖动对输出激光重复频率稳定性的影响.结果表明,激光器进入稳定区之后,抽运功率的抖动是制约输出激光重复频率稳定性进一步提高的最主要因素.针对抽运功率抖动带来的影响,讨论了增益预抽运技术,并比较了其优缺点.     

2.8μm增益开关Er∶ZBLAN光纤激光器的数值模拟

建立了适用于2.8μm增益开关掺Er~(3+)的氟化物光纤(Er∶ZBLAN)激光器的计算模型,并进行了数值模拟。模拟发现存在最佳输出镜透过率使得输出功率最大,同时耦合率也影响脉宽、峰值和脉冲形态。模拟了抽运功率对脉冲形态的影响,发现弱抽运时两个抽运周期内仅出现一个信号光脉冲,而强抽运时一个抽运周期内出现多个信号光脉冲的现象。通过模拟发现了若干未被实验报道的新现象和规律,如耦合率对输出功率、能量、脉冲形态的影响规律;抽运功率阈值附近会出现与抽运周期一致的弱信号脉冲等。研究表明,在适当耦合率和抽运功率时,2.8μm Er∶ZBLAN激光器可以实现稳定增益开关脉冲输出。     

Cr^4＋：YAG被动调Q微晶片激光器重复频率稳定性研究

对连续激光二极管抽运Nd：YVO4/Cr4 ：YAG被动调Q微晶片激光器输出激光重复频率的稳定性进行了理论和实验研究结果表明,谐振腔内存在最佳净增益,可以使激光器工作在稳定区通过优化腔内的净增益,耦合输出镜反射率为85%,饱和吸收体初始透射率为70%,抽运功率从1.05 W到1.20 W的情况下,激光器工作在稳定区当抽运功率为1.16 W时,获得了重复频率为19.48 kHz,稳定性优于0.68%(RMS)的高重复频率激光输出进一步分析了抽运功率抖动对输出激光重复频率稳定性的影响结果表明,激光器进入稳定区之后,抽运功率的抖动是制约输出激光重复频率稳定性进一步提高的最主要因素针对抽运功率抖动带来的影响,讨论了增益预抽运技术,并比较了其优缺点.     

高效连续波钛宝石激光器的优化设计及实验研究

运用ABCD律及自再现条件对钛宝石线性腔的折叠角进行了优化,从而大大提高了钛宝石晶体中光束束腰的耦合效率同时实验上对连续钛宝石激光器进行了研究,采用20mm长的钛宝石晶体和10%输出耦合镜,并运用优化后的折叠角,最终用全线氩离子激光器泵浦的连续波钛宝石激光器的斜率效率高达34.2%,在泵浦功率为7.7W下,连续钛宝石激光器输出功率达1.89W.