高效率三倍频产生355nm皮秒激光的实验研究

具有高重复频率、高平均功率的皮秒放大激光在科学研究和工业生产中有着重要的应用,尤其是在脆性材料的加工领域,绿光或紫外皮秒激光具有独特的优势.基于我们研制的平均功率23.2 W、重复频率500 kHz、脉冲宽度13.4 ps的Nd:YVO_4激光器,开展了LBO晶体高效率二倍频与三倍频的研究.通过优化相位匹配和晶体内激光的走离,分别得到了平均功率12.7 W的532 nm二倍频激光和9.25 W的355 nm三倍频激光,相应的光光转换效率分别为54.7%和39.8%.激光器具有结构简单、平均功率高、转换效率高等特点,可以广泛地用于科学研究和工业生产中.     

全固态飞秒激光高光束质量三倍频研究(特邀)

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1 030 nm的商用Yb:KGW锁模激光器,利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率,然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下,利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体,获得的最大平均功率为0.71 W,三倍频转换效率约为14%;利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体,获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出,三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。     

高能量高转换效率355 nm紫外激光器

为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器,采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔,加以电光调Q,得到1 064 nm高光束质量激光输出,再将其进行行波放大,获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用Ⅰ类相位匹配LBO晶体进行二倍频、Ⅱ类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试,最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率,可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。     

LD泵浦全固态355nm紫外皮秒脉冲激光器

利用激光二极管（LD）端面抽运Nd∶YVO4激光晶体皮秒三倍频355nm全固态紫外激光器,采用半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模技术及皮秒再生放大技术,对1 064 nm基波采用Ⅰ类相位匹配Li3B3O5（LBO）晶体二倍频和Ⅱ类相位匹配LBO晶体三倍频,获得了稳定性好、倍频效率较高的355 nm紫外激光输出。当二极管泵浦功率为5 W时,获得了脉宽为17 ps、重复频率为1 Hz、单脉冲能量为129.6 J的稳定三倍频紫外激光输出,基频光到二倍频光和三倍频光的转换效率分别达到60.3%和16.6%,3 h输出单脉冲能量的抖动在0.58%以下。     

高效三倍频全固态Nd∶YAG/LBO紫外激光器

报道了一种侧面泵浦Nd∶YAG、声光调Q、LBO晶体腔外倍频和三倍频的355 nm准连续波紫外激光器.采用结构简单、紧凑的平-凹腔设计,在152 W的泵浦功率下,重复频率5 kHz时,获得平均功率1.62 W的355 nm TEM00模激光输出,三倍频的转换效率为25%;重复频率1 kHz时,获得平均功率518 mW、单脉冲能量518 μJ、脉宽17 ns、峰值功率高达30 kW的紫外激光输出.     

CsB_3O_5晶体高效三倍频产生28.3W 355nm激光

利用CsB_3O_5(CBO)晶体对Nd:YAG声光调Q准连续1064 nm激光的高效三倍频效应获得高功率355 nm激光输出.1064 nm激光采用大功率脉冲式半导体激光(LD)列阵侧面抽运Nd:YAG晶体的主振荡-功率放大(MOPA)系统实现210 W的调Q准连续输出,激光以1 kHz脉冲串方试运转,每个脉冲串包含5个调Q脉冲,单脉冲宽度为40 ns.经I类LiB_3O_5(LBO)晶体倍频产生98 W 532 nm绿光.通过30 mm长的II类CBO晶体对1064 nm与532 nm光和频获得28.3 W的355 nm紫外光,相应的三倍频转换效率为13.5%,比相同条件下II类LBO晶体高28.6%.研究了CBO三倍频产生355 nm光的温度敏感特性,得到其温度带宽为25?C,远大于LBO晶体的4?C.实验证明,CBO晶体在三倍频产生355 nm的转换效率和温度不敏感性方面均优于LBO晶体.     

高功率高重复频率多波长飞秒激光系统的研究

以大模场面积光子晶体光纤飞秒激光系统为基频光源,利用非线性频率上转换的方法,获得了高功率高重复频率多波长的飞秒激光脉冲.理论分析并实验验证了聚焦透镜的焦距对倍频光横向模场分布的影响,透镜焦距越长,模场质量越好.在基频光平均功率为218 W,脉冲宽度为110 fs,重复频率为50 MHz的条件下,经过二倍频、三倍频和四倍频获得波长分别为520,347和261 nm的飞秒激光,其平均功率分别达105,47和214 W.二倍频和三倍频的转换效率分别为482%和216%,二倍频到四倍频的转换效率为20 关键词： 超快光学 紫外飞秒激光 频率上转换 光子晶体光纤激光器     

Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz晶体和频可调谐深紫外飞秒激光器

介绍了一种基于新型非线性晶体Ba_1-xB_2-y-zO₄Si_xAl_yGa_z 的可调谐深紫外飞秒激光光源. 从理论上分析了基频光和倍频光在通过非线性晶体时所造成的空间走离和群速度失配, 为了补偿空间走离以及波长调谐过程中晶体折射造成的光束偏离现象, 将两块相同的倍频晶体成镜像放置来产生二次谐波. 并调节延迟线的长度来补偿基频光和倍频光之间的群速度失配, 从而提高和频转换效率. 然后通过和频方式进行三倍频和四倍频来突破晶体相位匹配条件的限制, 产生了波长低于200 nm的深紫外飞秒激光. 利用钛宝石激光器提供基频光光源, 最终在250–300 nm, 192.5–210 nm 范围内获得了高重频、可调谐超短脉冲紫外和深紫外激光. 并在基频光波长为800 nm时, 得到的二倍频、三倍频和四倍频的功率分别为1.28 W, 194 mW和5.8 mW, 相对于前一级的转换效率依次为46.14%, 15.16%和3%. 采用互相关法测量得到266.7 nm紫外激光的脉冲宽度约为640.4 fs.     

高效率LD端面抽运准连续355nm激光器

报道了一台激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4晶体腔内倍频和腔外和频相结合的声光调Q准连续355 nm紫外激光器。采用LD端面抽运双侧翼键合YVO4基质的Nd∶YVO4晶体,在腔内置入Ⅰ类相位匹配的LiB3O5(LBO)晶体进行倍频实现1 064 nm和532 nm双波长准连续激光输出,通过消色差透镜将双波长激光聚焦耦合到Ⅱ类相位匹配的LBO晶体中进行和频,并采用双向和频光路,获得了高效率、高光束质量、高重复频率的准连续355 nm紫外激光输出。在抽运功率为28.6 W、重复频率为20 kHz时,355 nm激光最大输出功率4.2 W,脉宽为20.6 ns,光-光转换效率为14.7%,激光器光束质量因子Mx2和My2分别为1.29和1.23。     

紧凑型LD端面抽运Nd:YAG内腔三倍频准连续355 nm紫外激光器

报道了一台LD端面抽运Nd:YAG晶体内腔三倍频355 nm激光高效率、高峰值功率准连续输出的全固态紫外激光器.激光腔采用紧凑型平平直腔,腔长仅106 mm.当注入抽运功率为5.73 W、重复频率为9 kHz时,获得163 mW的355 nm激光准连续输出,光光转换效率达到最高2.84％.当注入抽运功率为6.7 W重复频率为5 kHz时,获得最高174 mW的355 nm激光准连续输出,输出功率短期不稳定性为5％,光束质量因子M²为3.79.当注入抽运功率为5.73 W、重复频率为2 kHz时,获得112 mW的355 nm激光准连续输出,峰值功率最高达到9.15 kW.通过采用内腔倍频技术和设计合理的腔结构,实现了中小功率准连续输出的全固态紫外激光器的小型化、便携化,进一步拓宽了紫外激光器的应用领域. 关键词： LD端面抽运 内腔三倍频 Q')" href="#">声光调Q 紫外激光     

高效率LD端面抽运准连续355 nm激光器

报道了一台激光二极管（LD）端面抽运Nd：YVO₄晶体腔内倍频和腔外和频相结合的声光调Q准连续355 nm 紫外激光器。采用LD端面抽运双侧翼键合YVO₄基质的Nd：YVO₄晶体,在腔内置入Ⅰ类相位匹配的LiB₃O₅（LBO）晶体进行倍频实现1 064 nm和532 nm双波长准连续激光输出,通过消色差透镜将双波长激光聚焦耦合到Ⅱ类相位匹配的LBO 晶体中进行和频,并采用双向和频光路,获得了高效率、高光束质量、高重复频率的准连续355 nm 紫外激光输出。在抽运功率为28.6 W、重复频率为20 kHz时,355 nm激光最大输出功率4.2 W,脉宽为20.6 ns,光-光转换效率为14.7%,激光器光束质量因子M_x²和M_y²分别为1.29和1.23。     

Highly efficient third-harmonic generation with electro-optically Q-switched diode-end-pumped Nd:YVO4 slab laser

We have achieved efficient third-harmonic generation (THG) with an electro-optically Q-switched diode-end-pumped slab laser by cascading second-harmonic and sum-frequency generation in a lithium triborate (LBO) crystal. The high conversion efficiency, short pulse length and high pulse energy is the characteristic of the output 355 nm light. An average power of 11.1 W at a repetition rate of 10 kHz was achieved. The pulse energy is 1.1 mJ and the pulse length is 5 ns. The peak power of pulse is 0.22 MW. The conversion efficiency from 1064 nm to 355 nm reached 44.4% which is to our knowledge the highest conversion efficiency. Furthermore, the 355 nm light is near TEM₀₀ mode. The beam quality is M² < 1.5. In this paper, the experimental setup, results and the factors which can affect the conversion efficiency are discussed.     

Cascaded third-harmonic-generation converter based on a single ADP crystal

Based on a specially designed optical structure, an efficient cascaded third-harmonic-generation(THG) output of a 1064-nm, pico-seconds pulse laser is successively realized by using an NH_4H_2PO_4(ADP) crystal that acts as the secondharmonic-generation component and sum-frequency-generation component. The maximum THG output is 1.61 mJ, and the highest conversion efficiency from 1064 nm to 355 nm reaches 35%, which are obviously superior to the results obtained using a KDP crystal under the same circumstance. The further phase-matching analysis indicates that this THG configuration of ADP crystal can be applied to various fundamental wavelengths in a range of 1 μm–1.1 μm. Compared with the previously reported KDP THG converter, which is based on a similar principle, the present ADP THG converter is favorable for large-energy, high-efficiency operation because of the larger effective nonlinear optical coefficient deffand higher laser damage threshold.     

高效腔外频率变换紫外激光器

 为了得到高效的腔外频率变换355 nm紫外激光输出,提出了一种利用３块LBO作为非线性频率变换晶体的新方案。采用LD端面泵浦Nd：YAG声光Q开关激光器作为基波源,当入射泵浦功率为25 W、调制频率12 kHz时,获得了6.2 W的1 064 nm激光输出,经过非线性频率变换后,获得了2.7 W的紫外355 nm激光输出,光-光转换率43.4%。     

高效率Nd:YVO4/LBO临界相位匹配脉冲绿光激光器

报道了一种利用激光二极管（LD）端面泵浦Nd:YVO4晶体,声光调Q,LBO临界相位匹配腔内倍频的高效率、小体积、风冷绿光激光器。分析了不同偏振光泵浦的情况下,激光晶体对泵浦光的吸收特性。由分析得出,采用部分偏振光泵浦,可以提高激光晶体对泵浦光吸收均匀性,改善基波畸变,获得高转换效率激光输出。实验中,在泵浦光功率为33 W、声光调Q重复频率为20 kHz时,得到脉宽为23.96 ns、平均功率为15 W的1064 nm基频光输出。经倍频后,得到平均功率为11.2 W的绿光输出,倍频效率为74.6%,总体光-光转换效率为34%。在输出功率为10 W时,测得1 h内输出功率不稳定度为0.512 2%,水平方向和竖直方向的光束质量因子M2分别为1.2和1.1。     

High efficiency generation of 355 nm radiation by extra-cavity frequency conversion

High efficiency extra-cavity third harmonic generation (THG) of 355 nm has been developed. A laser diode (LD) end-pumped, acoustic-optical Q-switched Nd:YAG laser was used as the fundamental wave source. With an input pump power of 25 W, average power of 6.75 W at 1064 nm was generated with the repetition rate 12 kHz and pulse duration 10 ns. Using the extra-cavity frequency conversion of three critical phase match (CPM) LiB₃O₅ (LBO) crystals, 3.2 W third harmonic radiation at 355 nm was obtained. The optical-to-optical (1064 nm to 355 nm) conversion efficiency was up to 47.4%.     

瓦级激光二极管端面抽运351nm紫外激光器

研制了输出功率达瓦级的351 nm准连续紫外激光器。激光器采用激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YLF晶体和声光调Q技术,实现了1 053 nm准连续基波振荡。在结构简单的V型腔中,两块Li B3O5(LBO)晶体对基频光进行二倍频和三倍频,获得了高功率351 nm准连续紫外激光输出。在LD抽运功率为14 W、声光调Q激光器的调制频率为1 k Hz的工作条件下,得到351 nm紫外激光平均输出功率为1.12 W、脉冲宽度为34 ns、单脉冲能量为1.12 m J、峰值功率达32.94 k W。LD抽运光到351 nm紫外激光的光-光转换效率达到8%,电光效率为3.4%,光束质量良好。