基于非线性频率变换的长波红外激光器研究进展

8～12μm长波红外波段激光位于大气传输窗口并覆盖诸多气体分子的吸收带,在大气探测、光电对抗等领域具有重要的应用。目前,通过粒子数反转激光器直接辐射以及非线性频率变换间接辐射是实现8～12μm长波红外激光输出的主要方式。其中,基于非线性光学晶体频率转换的长波红外激光器具有结构紧凑、波长选择灵活、功率拓展性强等优势,近年来得到了快速发展和广泛应用。本文对二阶非线性频率变换的光学晶体、工作原理,以及获得长波红外激光的研究进展进行综述,并对基于受激拉曼散射的三阶非线性频率变换获得长波红外的方法进行了介绍和展望。     

中远红外非线性光学晶体研究进展

3—5μm和8—12μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用,作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP_2,CdSiP_2)、硫属化合物(CdSe, GaSe, LiInS_2系列,BaGa_4S_7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs, OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.     

准相位匹配技术

常用激光器输出波长通常为近红外单一频率的激光,随着科技的发展,各行各业对激光器的需求大大增加,对激光器输出波长提出了更高要求,不但要求输出波长向红外和紫外扩展,而且输出波长要连续可调谐。通过非线性频率变换可以获得普通激光器达不到的输出激光波长,如紫外、中红外和远红外激光等,并且输出激光波长可以在一定范围内变化（即可调谐）,如1～3微米、3～5微米和8～13微米等,这三个重要波段的红外相干光源在光谱研究、激光制导、激光定向红外干扰、大气监测等领域有广泛应用。     

小型多功能CO2激光器

研制了一种小型多功能CO2激光器。该激光器可以单脉冲、重频或连续方式输出,并可实现输出脉冲频率的编码及波长调谐。激光器谐振腔采用光栅一级振荡,零级输出的工作方式,分别利用声光调Q技术和脉冲放电技术实现了百ns至亚ms量级的脉冲激光输出。详细介绍了该激光器中基于光学角反射器原理设计的光栅调谐定向输出装置,并对其进行了理论计算和论证,实现了不同波长激光的定向、定位输出,获得调谐激光输出谱线超过60条,谱线分辨率优于0.01μm。激光器脉冲重复频率1Hz～10KHz连续可调,输出波长调谐范围9.2μm～10.8μm,激光器连续输出最大功率8W,重复频率1KHz时最小激光脉宽180ns,峰值功率4062W。该激光器在激光与物质相互作用科学领域,特别是激光对物质作用与破坏机理的研究方面具有重要的应用价值。     

203W全光纤全保偏结构皮秒掺铥光纤激光器

利用光纤布拉格光栅作为光谱滤波器来控制锁模掺铥光纤激光器的光谱形状和脉冲宽度,以及结合纤芯抽运高掺杂双包层掺铥光纤技术,实现了2μm波段重复频率为611.5 MHz的皮秒脉冲激光输出.利用该高重复频率皮秒激光作为种子源,结合主振荡功率放大技术,研制出了百瓦量级全光纤全保偏结构皮秒脉冲掺铥光纤激光放大系统,得到了平均功率为203 W的线偏振皮秒脉冲激光输出,偏振消光比15 d B,激光脉冲宽度为15 ps,相应的激光峰值功率为22 k W.该结果为目前国际上2μm波段全光纤结构超短脉冲激光器所产生的最高平均输出功率,为下一步2—5μm波段高功率中红外激光的产生提供了可靠的抽运源.     

1150nm掺镱光纤激光器输出特性实验研究

以光纤光栅对为激光腔、双包层掺镱光纤为增益介质、976nm半导体激光器为泵浦源,研制全光纤化的1 150nm波段长波光纤激光振荡器.在室温下实现了最大平均输出功率为12.7 W的1 150nm波段单模光纤激光输出,激光振荡器的光光转换效率为42.33%.最大功率输出时,激光中心波长为1 150.48nm,光谱的3dB线宽为0.45nm,边模抑制比达38dB.该研究对研制1 150nm波段高功率光纤激光振荡器具有一定的参考价值.     

电光调Q脉冲Ho:YLF激光器实验研究

2μm低重复频率高峰值功率高光束质量激光在中长波光参量非线性频率变换等领域具有较为广阔的应用前景。采用L型谐振腔结构,使用42 W的掺Tm光纤激光器泵浦Ho:YLF晶体。基于磷酸钛氧铷（RTP）电光调Q技术,实现了重复频率50 Hz、脉冲宽度18 ns、脉冲能量13.5 mJ、峰值功率0.75 MW的2.05μm Ho:YLF固体激光输出。光束的水平方向和竖直方向M2因子分别为1.4和1.1。该Ho:YLF固体激光器采用光纤激光器泵浦,具有结构紧凑的特点,为更高能量的Ho激光输出奠定了基础。     

多光束泵浦中红外激光器

为了获得高功率高效率3 m～5 m中红外激光输出,利用双声光调Q晶体,通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,获得高功率高光束质量1.06 m激光双端输出,外置起偏器获得4束激光输出,利用波片偏振旋光原理,实现4束偏振态一致的激光输出,泵浦非线性晶体PPLT进行频率变换,实现高功率3 m～5 m中红外激光输出。在电源输入电流30 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率10.6 W的3.9 m中红外激光,1.06 m～3.9 m转化效率为9.5%。实验结果表明:通过双声光调Q技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,可以实现4束高重复频率窄脉宽1.06 m偏振激光输出,泵浦PPLT可获得高功率3.9 m中红外激光输出。     

4.3μm级联振荡Dy···PbGa2S4高功率中红外激光的理论研究

数值模拟了基于级联振荡产生4.3μm高功率连续激光的Dy···PGS激光器。模拟了级联振荡Dy···PGS激光器实现稳定连续输出的全过程,计算给出了激光功率和粒子数密度在谐振腔内的空间分布,分析了泵浦光功率、晶体长度和输出镜反射率对4.3μm激光输出的影响。计算结果表明：级联振荡能有效去除Dy···PGS晶体的自终止效应,获得高功率、高效率的4.3μm激光输出;当1.7μm泵浦光功率为10 W时,4.3μm激光的输出功率可达2.535W,斜率效率为29%;晶体最佳长度区间为12～24mm,闲频光输出镜反射率越高越好,信号光输出镜反射率最佳区间为0.8～0.9。     

基于新型Nd∶Gd_(0.1)Y_(0.9)AlO_(3)晶体的540 nm倍频绿光激光器EI北大核心CSCD

本工作首次在新型Nd∶Gd_(0.1)Y_(0.9)AlO_(3)(Nd∶GYAP)晶体上实现了540 nm倍频绿光激光器。Nd∶GYAP晶体产生在1μm波段的基频激光中心波长为1079.4 nm,在此基础上利用LBO晶体产生的倍频绿色激光的中心波长为539.4 nm,阈值为46 mW,最大输出功率为65 mW。这一激光系统产生的约为540 nm的绿色激光相较于传统Nd离子掺杂的晶体1064 nm激光倍频而来的532 nm绿色激光,可以有效地避开Nd^(3+)位于530 nm附近的吸收峰。因此,具有更长波长、发射峰位于约540 nm处的绿色激光器可以使激光输出更有效,并扩展绿色激光器的应用。     

A diode side-pumped YAG/Nd:YAG/YAG composite crystal laser

A diode-bar side-pumped YAG/Nd:YAG/YAG composite crystal laser is presented. A maximum output power of 18.4 W at 1.064 μm with a slop efficiency of 57% and an optical-optical conversion efficiency of 46% was obtained for a pump power of 40 W. Compared with a side-pumped conventional crystal laser in the same experimental conditions, the side-pumped composite crystal laser improved the optical-to-optical conversion efficiency by 12%. Experimental results indicate that a composite crystal can depress the thermal effects effectively and improve the optical-to-optical conversion efficiency easily in the diode side-pumped lasers. The composite crystal has great potential in high-power diode side-pumped lasers.     

2 μm掺钬固体激光器研究进展

2 μm掺钬固体激光器的输出波长处在大气窗口和人眼安全区,在激光雷达、激光测距、光电对抗和激光医学等方面都有重要应用,因此在2 μm固体激光器研究领域中成为一个研究热点。本文介绍了2 μm掺钬固体激光器能级系统及常用的掺钬晶体,并对基于这些晶体的钬激光器研究进展进行了综述,最后对2 μm钬固体激光器的未来发展方向等进行展望。     

光纤激光泵浦周期极化晶体双波段激光器

针对激光定向干扰系统要求对抗1 m ~3 m和3 m ~5 m 2种类型探测器,需要输出相应2种波段激光,通过高重频调Q技术和种子注入光放大技术,获得高功率高光束质量1.06 m光纤激光输出,外置起偏器获得2束激光输出,分别为泵浦周期极化钽酸锂和周期极化铌酸锂晶体,实现高功率1 m ~3 m 和3 m ~5 m激光输出。在电源输入电流60 A,调Q驱动频率50 kHz的条件下,获得最高功率7.5 W的2 m激光和4.2 W的3.9 m激光,频率转换效率为39.5%。实验结果表明:通过光纤激光器泵浦光参量振荡器,可获得高功率1 m ~3 m和3 m ~5 m双波段激光输出。     

基于光参量振荡器的重频人眼安全激光器技术研究

 对KTP-OPO的相位匹配进行了理论分析和计算,并绘制了角度调谐曲线。基于光参量振荡器,选用KTP非线性晶体,在1.57μm人眼安全激光波段进行了实验研究。将脉冲氙灯侧面泵浦Nd∶YAG 1.064 μm激光应用于腔内KTP-OPO设计中,在工作频率5 Hz时,输出激光能量32 mJ,脉冲宽度7.22 ns,光 光转换效率为41%。这一结果使重频远距离人眼安全激光测距成为可能。     

基于MgO:APLN的1.57μm/3.84μm连续波内腔多光参量振荡器研究

报道了一种基于MgO:APLN实现1.57 μm和3.84 μm跨周期参量光连续输出的内腔抽运多光参量振荡器. 采用1064 nm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构, 综合考虑高功率抽运下谐振腔的热稳定性及多光参量振荡过程的光斑模式匹配, 通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析, 确定了最佳腔型参数. 在此基础上, 进一步研究了谐振参量光透过率对振荡阈值、抽运光下转换效率、输出功率稳定性的影响, 最终实现了3.13 W的1.57 μm和0.85 W的3.84 μm参量光输出, 对应斜效率为6.8%和1.9%, 输出功率稳定性分别达到了1.8%和3%.     

26.3-W continuous-wave, diode-double-end-pumped all-solid-state Nd:GdVO4 laser operating at 1.34 μm

A high-power continuous-wave (CW) all-solid-state Nd:GdVO₄ laser operating at 1.34 μm is reported here. The laser consists of a low doped level Nd:GdVO₄ crystal double-end-pumped by two high-power fiber-coupled diode lasers and a simple plane-parallel cavity. At an incident pump power of 88.8 W, a maximum CW output of 26.3 W at 1.34 μm is obtained with a slope efficiency of 33.7%. To the best of our knowledge, this is the highest output at 1.34 μm ever generated by diode-end-pumped all-solid-state lasers.     

High-power ultraviolet 278 nm laser from fourth-harmonic generation of a Nd:YAG laser in CsB3O5

We demonstrate a high-power UV 278 nm laser by fourth-harmonic generation (FHG) of a 1112 nm Nd:YAG laser in a nonlinear optical (NLO) crystal CsB3O5 (CBO) for the first time, to our best knowledge. A 30 W level diode-pumped Q-switched Nd:YAG laser at 1112 nm with beam quality factor M2=1.2 was used as the fundamental light source at a pulse width of 500 ns. With an LiB3O5 crystal, the 1112 nm laser was first frequency-doubled to 556 nm with an average output power of 13.5 W. It was then frequency doubled again in a CBO crystal to obtain the FHG output at 278 nm. The maximum average output power of the 278 nm laser is up to 1.5 W. The results demonstrated that CBO crystal is a promising NLO material for UV high-power lasers below 300 nm.     

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.     

高功率半导体激光泵浦源研究进展

高功率半导体激光器是固体激光器和光纤激光器的主要泵浦源。激光泵浦源性能的大幅提升直接促进了固体激光器、光纤激光器等激光器的发展。主要介绍了8xx nm和9xx nm系列半导体激光泵浦源的最新研究进展,8xx nm单管输出功率已达18.8 W@95μm,巴条输出功率已达1.8 kW(QCW),9xx nm单管输出功率已达35 W@100μm,巴条输出功率已达1.98 kW(QCW)。谱宽<1 nm的窄谱宽半导体激光器输出功率可达14 W。展望了未来半导体激光器泵浦源的发展趋势。