37单元双压电片变形镜板条激光光束净化

为了校正板条激光器输出光束波前像差,改善输出光束质量,提出了基于37单元双压电片变形镜的板条激光光束净化系统。采用柱面反射式单向扩束器使主振荡功率放大结构板条激光器输出光束尺寸与37单元双压电片变形镜有效口径相匹配,利用随机并行梯度下降算法控制双压电片变形镜面形,进行波前像差闭环校正,校正后光束远场归一化桶中功率提高到净化前的2~3倍。     

大功率部分端面抽运混合腔板条激光器

在半导体抽运的全固态激光器中,激光晶体上的热畸变限制了激光器在大功率下输出时保持高光束质量的能力。板条结构的固体激光器具有优异的散热能力,再配合部分端面抽运以及稳一非稳柱面混合腔的使用,使大功率高光束质量的激光输出成为可能。在德国EdgeWave GmbH进行的对这一技术的合作研究中,利用不到100mm的腔长,在Nd：YVO4板条激光器上获得了110W近衍射极限的1．06μm连续激光输出,这时在非稳腔方向上的光束传播因子M^2为1．3。在稳腔方向上为1．5。通过对输出激光进行空间滤波切除腔镜造成的衍射旁瓣后,50W输出时M^2的典型值在非稳腔和稳腔方向上分别为1．09和1．2。     

半导体激光泵浦复合晶体固体激光器的热效应

为了验证复合晶体使用到半导体泵浦的固体激光器中与非复合晶体的区别,提高半导体泵浦的固体激光器的工作效率,开展了半导体激光泵浦YAP/Tm∶YAP复合晶体固体激光器的热效应的验证实验。采用有限元分析法,模拟了晶体温度及热应力的分布,并分析了热透镜长度的变化情况。结果发现,与非复合晶体相比,复合晶体的温度和热应力均有不同程度的下降,复合晶体工作时的最高温度降至其80%,热应力降至其70%。同时也验证了热透镜焦距不随非掺杂晶体长度的增大而改变,这也意味着复合晶体不能有效提高复合激光的光束质量,但是可以确保输出激光光束质量的稳定性。因此可以证实,使用复合晶体能够有效改善激光器的温度和力学特性,但不能优化固体激光器的光束质量。     

647W灯泵浦大功率连续Nd:YAG激光器

 报道了一台灯泵浦大功率连续Nd:YAG激光器。对影响大功率固体激光器模块输出功率和光束质量的主要因素进行了理论分析，并提出提高激光器效率的措施：对聚光腔的形状、结构和材料以及冷却方式，泵浦灯的参数和材料，激光晶体的参数和镀膜进行优化设计，采用径向固定的谐振腔镜。该灯泵浦YAG晶体棒总体电光转换效率为4%，光束质量为22mm·mrad，输出功率647W。     

激光辐照下非稳腔镜变形对激光模式的影响

 分析了正支虚共焦非稳腔中腔镜变形对激光模式的影响，采用时间离散化、快速傅里叶变换（FFT）和有限元分析(FEA)方法解决腔镜变形和激光模式两者之间的耦合问题。计算结果表明，随着激光器工作时间的增加，腔镜温升和变形相应增大，谐振腔模式变差，输出光场相位均匀性变差，呈现散焦现象，输出光束质量下降。实验验证了激光器输出光束质量随出光时间的延长而逐渐变坏。     

变反射率镜非稳腔可调谐Ti：Al2O3激光器

将变反射率镜（VRM）非稳腔成功地应用于可调谐Ti:Al2O3激光器,有效地提高了Ti:Al2O3激光的光束质量,并利用LBO晶体作为倍频器获得了396nm-440nm的蓝色可调谐激光输出,最大输出能量为26mJ,最高倍频效率为27.2%。     

射频板条CO2激光器输出光束的光学变换

射频激励板条CO2激光器输出激光近场光斑近似为一条线,远场光斑为O形图样。在垂直于光束传输方向的平面内,光束在一个方向发散很大,无法用于激光加工。根据激光器不同的激光功率级别及光束尺寸,分别采用了圆柱面镜、滤波光阑、扩束望远镜等不同组合的方法,将200 W激光器输出光束变换成远场光束为Φ6、近似TEM00模的圆形光束,500 W激光器远场光束为Φ10的低阶模的圆形光束。成功用于激光切割。     

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。     

高重复率电光调Q的高光束质量Nd:YVO4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：YVO3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Edge Wave GmbH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50kHz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M^2小于2。     

变反射率镜非稳腔可调谐Ti∶Al2O3激光器

将变反射率镜 (VRM)非稳腔成功地应用于可调谐Ti∶Al2 O3 激光器 ,有效地提高了Ti∶Al2 O3 激光的光束质量 ,并利用LBO晶体作为倍频器获得了 396nm～ 44 0nm的蓝色可调谐激光输出 ,最大输出能量为 2 6mJ ,最高倍频效率为 2 7.2 %。     

高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响

利用有限元分析法结合Fox-Li迭代法,考虑腔内本征模式与腔镜热形变的相互耦合作用,计算模拟了正支共焦非稳腔的本征模式分布,定量分析了高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响,重点讨论了腔镜热变形所引起的腔内本征模式相位特性的变化,并从波前功率谱密度、Zernike像差系数及光束质量值等角度对腔镜发生热形变前后的激光器输出光束的光束特性进行比较分析。研究结果表明:高功率激光器腔镜热形变对输出光束的光束质量会产生一定的影响,且随着激光输出功率的增大,镜面热形变引起的输出光束波前相位高频比例及Zernike高阶像差均会有所增大,波前畸变程度也明显变大,光束质量逐渐变差。     

高转换效率腔内倍频外腔面发射蓝光激光器

高功率高光束质量的蓝色激光在激光显示与照明、水下通信和成像、有色金属加工等许多领域具有广泛应用前景.本文利用增益芯片底部的高反镜分布布拉格反射镜、折叠镜以及后端反射镜构成V型谐振腔,通过腔内插入非线性晶体LBO,获得了高转换效率的高功率、高光束质量蓝光输出.实验研究了非线性晶体的长度、基频激光的线宽、倍频走离角的补偿等不同因素对外腔面发射激光器腔内倍频蓝光输出功率的影响.在LBO的Ⅰ类相位匹配条件下,当晶体长度为5 mm,所用双折射滤波片厚度为1 mm时,获得超过6 W的491 nm波长蓝光输出,x和y方向的光束质量M2因子均为1.08,倍频转换效率为63%.     

四硼酸铝钕晶体及其小型全固态激光器

当前,全固态激光器在向万瓦级大功率方向发展的同时,也在向微型化发展。利用碟片全固态激光器可获得千瓦级以上激光,利用微片全固态激光器则可实现小体积、高密度、中小功率激光输出。获得高功率高密度激光的关键在于激光材料。本文从碟片和微片激光器的发展和对激光基质材料的要求出发,概述自激活激光晶体的研究,特别对四硼酸铝钕[NdAl3(BO3)4,简称NAB]晶体的结构、生长、性质及其作为有应用前景的小型片状激光器的候选材料作了详细的介绍。近期,采用面积为4×4 mm2,厚度为0.39 mm的微片NAB晶体,用885 nm半导体激光器为光源泵浦,获得了4.6 W的1.063 μm激光的有效输出,其斜效率达到64%,充分显示了NAB晶体作为自激活激光晶体在微片激光器中的应用前景。     

四硼酸铝钕晶体及其小型全固态激光器

当前,全固态激光器在向万瓦级大功率方向发展的同时,也在向微型化发展。利用碟片全固态激光器可获得千瓦级以上激光,利用微片全固态激光器则可实现小体积、高密度、中小功率激光输出。获得高功率高密度激光的关键在于激光材料。本文从碟片和微片激光器的发展和对激光基质材料的要求出发,概述自激活激光晶体的研究,特别对四硼酸铝钕[NdAl3(BO3)4,简称NAB]晶体的结构、生长、性质及其作为有应用前景的小型片状激光器的候选材料作了详细的介绍。近期,采用面积为4×4 mm2,厚度为0.39 mm的微片NAB晶体,用885 nm半导体激光器为光源泵浦,获得了4.6 W的1.063μm激光的有效输出,其斜效率达到64%,充分显示了NAB晶体作为自激活激光晶体在微片激光器中的应用前景。     

直接水冷的Yb∶YAG薄片激光器系统设计与实验研究

设计了一台二极管泵浦的具有新型四通泵浦结构及接触式水冷装置的Yb∶YAG薄片激光器.激光泵浦源采用中心波长为940nm的二极管激光器,利用多模光纤进行耦合输出.YAG晶体Yb3+离子掺杂浓度为10%,几何尺寸为直径10mm,厚度500μm.激光晶体的散热装置采用自来水直接冷却,自来水通过铜热沉中打通的V型槽与薄片晶体直接接触.泵浦耦合系统采用聚焦透镜和一对直角棱镜的组合实现四通泵浦,聚焦透镜规格为直径50mm,焦距50mm.模拟了谐振腔的稳定性及不同腔长条件下所对应的激光光斑半径,设计了不同腔型的Yb∶YAG薄片激光器.在F-P腔中采用透过率为5%的输出耦合镜,获得了最高功率为3.28W的1 031nm连续激光输出,光束质量因子M2x=1.79,M2y=1.86,斜效率为20.5%.     

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。     

用于激光二极管抽运固体激光器热畸变补偿的微变形镜特性研究

在很多高功率的激光器中,由于热效应的缘故会导致激光器的光束质量大幅下降。为了改善激光光束的动态畸变,自适应光学是一种有效的方法。作为自适应光学系统的核心部件,设计了一种可用于大功率激光二极管抽运固体激光器(DPL)热畸变补偿的新型可变形反射镜,并且通过工艺流片实际制造出有效反射面积为30 mm×30 mm,拥有49个静电驱动单元的可变形反射镜。对该微机电系统(MEMS)微变形镜的变形特性进行了详细的理论分析和模拟研究,并和实际测量结果进行了比较,得到了满意的结果。为了实现闭环控制,对微变形反射镜的光学影响函数矩阵进行了全面测量,并用得到的电压矩阵对畸变激光光束的波前进行了校正。实验结果表明,微变形反射镜可以有效地改善激光光束质量。     

全固态碟片激光器的多孔泡沫热沉传热特性研究

高功率全固态碟片激光器在运行中产生的热透镜效应会引起激光器输出功率降低、光束质量退变,针对该问题本文将多孔碳化硅泡沫和毫米通道引入到全固态碟片激光器的换热热沉中,并将其应用于多冲程泵浦的全固态碟片激光器.利用有限元分析软件对其结构模型参数进行了优化,当碳化硅厚度为2 mm,孔隙率为40%,入水口压力为4 kg(0.4 MPa)时,系统理论换热系数为1.51×10^5 W/m^2·K,实验测量结果为1.45×10^5 W/m^2·K,理论和实验结果较为接近,验证了理论模型的正确性.最后利用该新型热沉搭建了基于Yb∶YAG的24冲程全固态碟片激光器实验装置,获得输出功率为393 W,波长为1030 nm的连续激光输出,光-光转换效率达到52%,光束参数乘积为5.918 mm·mrad.     

改善输出光束质量的环形凹面镜激光谐振腔的研究

武汉光电国家实验室工业激光器研究团队一直致力于高功率高光束质量激光器的研究,在新型谐振腔的研究中,获得授权发明专利3项,申请发明专利2项。该团队提出了一种新型激光谐振腔,即环形凹面镜激光谐振腔,该谐振腔由一个环形凹面反射镜和一个平面输出镜组成。理论模拟表明,菲涅尔系数为8．05的环形凹面镜激光谐振腔的输出光束M2因子接近于菲涅尔系数为2．01的平凹稳定腔的输出光束肝因子,环形凹面镜激光谐振腔的模体积为平凹稳定腔模体积的4倍。利用该谐振腔在高功率横流CO。激光器进行了试验研究,输出光束为等相位面的环形光斑,即近场为环形分布,远场（聚焦处）为中央亮斑分布。相同光阑尺寸的平凹稳定腔和环形凹面腔对比研究表明,在激光功率没有明显降低的情况下,输出光束的肝因子由平凹稳定腔的7．5提高了1．9。环形分布光束可以降低谐振腔镜片和外光路镜片的热畸变,对于高功率激光器的工业应用非常有意义。这种谐振腔结构简单,进一步解决其失调稳定性问题,将有助于该类谐振腔在多种工业激光器中获得应用。     

高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究

为了获得高光束质量的脉冲固体激光输出,研究了高斯非稳腔固体激光器的模式分布。运用边界有限元法将谐振腔内光场衍射积分方程转化成矩阵方程组,模拟分析了平凸高斯非稳腔内光阑位置、孔径大小以及高斯镜参数对输出光束模式的影响。基于理论模拟结果对激光器结构参数进行了优化,分别测量了腔内不同光阑位置和孔径下的激光器输出光束振幅及模式分布情况。在光阑半径为1 mm、光阑距高斯镜为150 mm、泵浦电压为900 V的实验条件下,光束质量M_x~2=1. 9、M_y~2=2. 3,激光最大输出能量为280 mJ的高光束质量激光输出。实验结果表明,在腔内加入选模光阑以及优化高斯镜参数可以进一步改善腔内模式分布,获得高光束质量激光输出,这与理论模拟结果基本相符。