空气包层大模场面积掺镱光子晶体光纤研究

采用改进的化学气相沉积法和气相液相混合掺杂技术制备大芯径掺镱石英光纤预制棒, 以此作为有源纤芯制备了纤芯直径约90 μm的掺镱双包层光子晶体光纤, 纤芯组分为镱铝磷共掺.双包层光子晶体光纤的模场面积约1330 μm², 纤芯数值孔径0.065,包层数值孔径0.5.首次实现了国产掺镱光子晶体光纤的高功率高效率激光输出, 1 m长的光子晶体光纤激光器实现102 W 激光输出,斜率效率76%.     

2.1 μm可调谐多波长掺钬光纤激光器

为了实现2.1 μm波段光纤激光器输出多波长激光，设计了一种基于光纤Sagnac干涉仪的可调谐多波长掺钬光纤激光器。采用1.9 μm波段掺铥光纤激光器泵浦一段长3 m的掺钬石英光纤，获得2.1 μm波段的光放大；环形腔中，由保偏光纤和偏振控制器构成的光纤Sagnac干涉仪，实现2.1 μm波段周期滤波，获得了2.1 μm波段多波长激光，输出功率1 mW~15 mW可调谐，最多可观测到6个波长的激光输出。通过调节环形腔内偏振控制器，能够实现2.1 μm波段1~6个波长的调谐。     

基于光纤激光器泵浦的高功率准连续Ho∶YLF激光器

2μm激光器作为中波红外固体激光器的泵浦源方案之一,由于可以获得较高的中波红外激光输出,因此逐渐得到重视。设计了一种基于1 940nm光纤激光器泵浦的高平均功率准连续Ho∶YLF激光器,并对其进行了实验研究,表明在Ho离子掺杂浓度0.5%、晶体长度35mm、晶体控温20℃时,采用双棒串接、平凹腔L型结构获得了36 W的准连续2.067μm激光输出,其最高光光转换效率为51.4%,重复频率20kHz,脉冲宽度121ns,谱线宽度小于3nm。实验结果验证了采用1 940nm光纤激光器泵浦作为泵浦Ho∶YLF获得高功率准连续2μm激光的可行性。     

中红外固体激光器研究进展

本文介绍了中红外固体激光器中新型的Fe²⁺: ZnSe激光器和基于MgO: PPLN、ZnGeP₂晶体的光参量振荡器的发展现状,讨论了它们在发展过程中遇到的技术难题,探讨了中红外固体激光器的未来发展方向。波长为3~5 μm的中红外固体激光器具有效率高、体积小和重量轻等优点,在工业、医疗、军事等方面具有重要应用价值,研制大尺寸、高质量中红外激光晶体和输出波长更长的红外高功率激光泵浦源已成为中红外固体激光器未来发展方向之一。     

激光及其相关学科的发展

 在物理学家汤斯、肖洛、卜洛赫洛夫和巴索夫等人研究工作的基础上,美国人梅曼于1960年研制出世界上第一台激光器(红宝石激光器).在梅曼获得成功之后的几个月内,又有好几种激光器研制成功,其中包括第一台连续波运转的激光器--氦氖激光器.以后,各种激光器竞相出现,呈现一派欣欣向荣的气象.在固体激光器方面,首先研制成功的红宝石激光器是以掺氧化铬的氧化铝晶体为工作物质的,激活离子为三价铬离子.1961年到1964年间,在一系列不同基质晶体中掺稀土元素(如钕、镨、铥、钬、铒、镱等)的激光相继运转.其中最为著名的是输出波长为1.06微米的掺钕钇铝石榴石激光器和掺钕的硅酸盐玻璃激光器,它们获得了广泛的应用.现已发现了好几十种激光晶体和激光玻璃,而激活离子除了大多数稀土元素外,还有过渡元素.由它们制成的激光器输出波长分布在紫外到近红外区内.     

双掺Nd:Ce:YAG晶体激光输出特性

 为提高固体激光器的能量利用率,增大输出能量,将双掺Nd:Ce:YAG晶体的输出特性与普通Nd:YAG晶体进行了对比研究。分析了Nd³⁺和Ce³⁺的吸收光谱对激光晶体初始阈值反转粒子数的影响,结果显示:双掺Nd:Ce:YAG晶体可以提高晶体对泵浦光能量的利用率及激光器的输出能量,且可降低阈值泵浦能量。并分别检测了Nd:Ce:YAG激光晶体与Nd:YAG晶体的输出激光能量和阈值泵浦能量,实验结果表明：在输入电压为750 V时,Nd:Ce:YAG晶体与Nd:YAG晶体的输出能量分别为651.5 mJ 和390.4 mJ,能量利用率分别为2.31%和1.38%,激光振荡需要的泵浦能量阈值分别为10.56 mJ和15.21 mJ,且普通Nd:YAG晶体的斜效率为0.36%,而双掺Nd:Ce:YAG晶体的为0.49% 。     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤激光器

用棒管法拉制了Tm³⁺/Ho³⁺掺杂的碲酸盐微结构光纤,并获得了2 μm的激光输出。以1 560 nm的Er³⁺掺杂石英光纤激光器作为泵浦源,在22 cm长的微结构光纤中,得到了最大功率为8.34 mW、波长为2 065 nm的连续激光输出,泵浦光功率为507 mW,斜率效率为2.97%。研究结果表明,Tm³⁺/Ho³⁺共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2 μm激光器的理想材料。     

2μm人眼安全波段太阳光抽运激光器的理论研究

太阳光直接抽运激光器在空间光通信、遥感等领域有着重要的潜在应用,但是一直以来人们对太阳光抽运激光器的研究局限于以掺Nd3+粒子为增益介质的1μm波段.通过对现有固体激光工作物质的吸收谱进行分析,发现掺Tm3+离子在太阳辐射较强的可见光波段具有强的吸收峰,使2μm人眼安全波段实现太阳光直接抽运激光输出成为可能.本文对Tm:YAG和Tm:YAP两种常见晶体的吸收谱与太阳光谱匹配度进行了分析计算,得出两种材料用于太阳光抽运激光器的阈值抽运功率密度分别为1.14和1.434 kW/cm3.选择与抽运阈值功率密度低的Tm:YAG晶体作为增益介质,使用TracePro软件建立太阳光抽运激光器的二级抽运模型,并对模型进行优化,得到了锥形腔窗口与菲涅耳透镜的最佳距离、晶体棒的最佳长度以及锥形腔最佳锥度.本文的工作为实现太阳光直接抽运2μm激光输出做了理论上的准备.     

掺Yb3+双包层大模面积光子晶体光纤激光器的研究

采用多模大功率半导体激光器泵浦掺镱双包层大模面积光子晶体光纤,应用5 m长光子晶体光纤,在泵浦功率为22 W的条件下,获得了1.03 μm,功率为65 mW的单横模激光输出,同时实验研究了输出功率与泵浦功率的关系,并观察到掺Yb3+光子晶体光纤侧面有绿色荧光出现.     

掺铬的镁橄榄石晶体连续波可调谐激光器

本文报道了连续波Nd:YAG激光器泵浦掺铬镁橄榄石(Cr⁴⁺:forsterite)晶体获得了连续波可调谐运转,该激光器采用Nd:YAG激光器的1.06μm谱线泵浦Φ5×9mm的Cr⁴⁺:forsterite晶体.在吸收泵浦功率为8.7W时,得到1.05W的连续波输出.当在腔内放置色散元件后,其调谐范围是1186nm～1306nm,同时详细研究了输出功率随温度和输出镜透过率的变化特性.     

远红外固体激光器研究进展

8～12μm波段是大气的一个窗口,被定义为长波红外波段。该波段激光对雾、烟尘等具有较强的穿透力,在激光光电对抗、激光遥感、医疗、环境监测及光通讯领域具有重要的应用前景。本文调研了常用的8～12μm非线性频率变换晶体,以及基于非线性频率变换晶体的远红外光参量振荡器的研究进展,对国内外能实现8～12μm波段激光输出的非线性晶体及激光系统进行了系统地归纳和总结,通过分析比较得出在8～12μm波段获得的最大输出能量为毫焦量级,最大功率为瓦量级。国内该技术与国外有着不小的差距,主要受制于高重频、高功率脉冲1～3μm泵浦源技术不成熟及高性能非线性晶体材料研制基础薄弱,我国在长波远红外固体激光器领域研究进展缓慢,因此研制大尺寸、高质量远红外激光晶体及输出波长更长的远红外高功率激光器已经成为激光器未来发展方向之一。     

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.     

Mercury and beyond: diode-pumped solid-state lasers for inertial fusion energy

We have begun building the Mercury laser system as the first in a series of new generation diode-pumped solid-state lasers for inertial fusion research. Mercury will integrate three key technologies: diodes, crystals and gas cooling, within a unique laser architecture that is scalable to kilojoules and megajoule energy levels for fusion energy applications. The primary near-term performance goals include 10% electrical efficiencies at 10 Hz and 100 J with a 2–10 ns pulse length at 1.047 μ m wavelength. When completed, Mercury will allow rep-rated target experiments with multiple chambers for high energy density physics research.     

染料掺杂液晶填充毛细管的激光发射特性研究

本文提出利用染料掺杂液晶填充PI光控取向膜毛细管获得可调谐激光.采用532 nm YAG倍频脉冲激光器抽运,实验及理论研究了有聚酰亚胺(PI)取向膜和无PI取向膜毛细管的激光发射特性,对比分析了两种情形的激光产生阈值以及随温度变化的特性.结果表明:经PI光控取向处理的染料掺杂胆甾相液晶毛细管的激光发射模式具有分布反馈模式和回音壁模式,同时,激光产生阈值为4.5 m J·mm~(-2);发现当温度升高时,发射光谱发生"蓝移",中心波长调谐范围为5.9 nm,温度升高到43℃时,形成质量非常好的回音壁模式,其自由光谱范围为1.05 nm.经PI光控取向处理的染料掺杂向列相液晶激光发射模式为随机激光,并且较无PI取向时激光发射峰减少.     

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。     

激光参数对红外成像系统干扰效果影响的实验研究

 针对激光对红外成像系统的干扰效果是光电对抗领域的一个研究热点,采用波长10.6 μm的CO2调谐脉冲激光器,通过漫反射板反射激光能量到像元数为320×240的多晶硅非制冷焦平面红外热像仪上进行激光干扰红外成像系统的实验。在实验中研究了干扰激光能量、重复频率、波长、光斑大小等激光参数对干扰效果的影响,并从图像质量的角度分析了激光参数对干扰效果的影响。结果表明,随着干扰激光能量密度、重复频率、波长和光斑的增大,干扰效果提高。此外,漫反射干扰的效果证明这种干扰方式是可行的,该方式可避免干扰源成为未来将出现的反辐射光电制导武器的诱饵,为CO2激光干扰装备提供一种新的战术配置方法。     

Nonlinear transmittance of ZnSe:Fe<Superscript>2+</Superscript> crystal at a wavelength of 2.92 μm

ZnSe crystals doped with Fe²⁺ ions are produced with the diffusion method under the conditions for thermodynamic equilibrium of solid ZnSe, solid Fe, and vapors (S_ZnSe-S_Fe-V). The transmittance of the samples is varied from 7 to 50% (in the absence of the antireflection coating) for a wavelength of about 3 μm. It is demonstrated that the transmittance of the ZnSe:Fe²⁺ crystals increases with an increase in the energy density of the high-power laser radiation with a wavelength of 2.92 μm. An equation that describes the propagation of the resonant radiation in a medium with saturable absorption at an arbitrary ratio of the radiation pulse duration to the relaxation time of the medium is introduced for the analysis of the experimental dependence of the transmittance on the energy density.     

激光与中波红外双波段光学系统设计

根据系统要求,进行激光与中波红外复合制导光学系统设计。该系统红外工作波长为3 m~5 m,激光工作波长为1.064 m,系统接收口径为250 mm,F数为1.4,要求MTF在33 lp/mm时大于0.4,光学透过率大于60%,使用的红外焦平面阵列像元数为640像素512像素,像元尺寸为15 m15 m。因为系统具有大孔径,小F数的特点,因此选择使用折反射式结构进行二次成像,并进行消热差处理。