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。     

掺镱飞秒激光晶体研究进展

飞秒激光在军事、医学、通讯、加工等领域有着重要应用,已经成为新世纪激光技术领域的研究热点。得益于激光二极管(LD)的快速发展,以LD作为泵浦源成为新型全固态飞秒激光器的发展趋势。Yb^3+离子掺杂的激光晶体材料因其独特的能级结构、宽带吸收与发射等优势,逐渐成为LD直接泵浦并实现1.0μm飞秒激光输出的重要增益介质。详细总结了当前掺Yb^3+飞秒激光晶体的研究进展,分析了目前存在的主要问题,给出了未来飞秒激光晶体发展的两个建议方向:高效率小功率飞秒激光和大功率高能量飞秒激光。以Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4晶体为例,详细研究了其晶体生长、光谱、连续与飞秒激光性能,并实现了中心波长在1060 nm处脉宽为116 fs,平均输出功率为1.08 W,光光转换效率为33.1%的高效率飞秒激光输出,表明Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4及其同体系晶体是一类优异的高效率飞秒激光材料。     

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.     

紧凑型激光二极管抽运全固态355 nm连续波紫外激光器

报道了一台激光二极管端面抽运Nd:YVO₄晶体内腔三倍频355 nm激光连续输出的全固态紫外激光器.激光腔采用紧凑型简单凹平直腔,腔长仅为70 mm.利用两块LBO晶体进行腔内倍频、和频,当注入抽运功率为2527 W时,获得最大功率为306 mW的355 nm连续波输出,光光转换效率为012％,输出功率短期不稳定性为53%,355 nm激光输出光束质量良好.通过采用内腔倍频技术和设计合理的腔参数,实现了中小功率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 关键词： 激光二极管端面抽运 内腔三倍频 连续波 355 nm激光     

473 nm和946 nm双波长输出的全固态Nd:YAG激光器

设计并实现了473 nm和946 nm双波长输出的全固态Nd:YAG激光器.利用激光二极管端面泵浦Nd:YAG晶体,在三镜折叠谐振腔中插入Brewster窗片作为起偏器,通过周期极化晶体PPKTP内腔倍频获得473 nm蓝光输出.同时利用Nd:YAG激光晶体的热退偏效应,把Brewster窗片作为基频光输出耦合镜,实现946 nm激光输出.通过调谐PPKTP的温度,优化了倍频光和基频光的输出功率.泵浦功率25W时,实验获得了1.8W的473 nm倍频蓝光和0.8W的946 nm基频激光输出.     

激光二极管端面连续抽运的Cr4+∶Nd3+∶YAG微片激光器输出特性研究

报道了腔长为 1.1mm的激光二极管端面抽运的Cr4 +∶Nd3 +∶YAG自调Q微片激光器 ,连续抽运下获得了平均功率为 5～ 18mW、重复频率为 1～ 10kHz的稳定的调Q激光脉冲输出序列。并且对微片激光器的调Q输出激光的单脉冲特性参量、重复频率以及抽运阈值功率等进行了理论研究 ,计算结果和实验结果比较吻合。     

LD抽运腔内和频571.6nm连续波黄光激光器

报道了全固态连续波571.6nm黄光激光器.黄激光是分别由两片Nd∶YAG的1444nm和946nm谱线非线性和频产生,两条谱线在各自晶体对应能级跃迁分别为4F3/2-4I15/2和4F3/2-4I9/2.实验中采用复合腔结构,利用RTP晶体II类临界相位进行内腔和频,当注入到两片Nd∶YAG晶体的抽运功率分别为25W和14.8W时,获得562mW的连续波571.6nm黄激光输出,4h功率稳定度优于±2.9%.     

激光二极管端面连续抽运的Cr^4＋：Nd^3＋：YAG微片激光器输出特性研究

报道了腔长为1．1mm的激光二极管端面抽运的Cr^4 ：Nd^3 ：YAG自调Q微片激光器，连续抽运下获得了平均功率为5—18mW、重复频率为1—10kHz的稳定的调Q激光脉冲输出序列。并且对微片激光器的调Q输出激光的单脉冲特性参量、重复频率以及抽运阈值功率等进行了理论研究，计算结果和实验结果比较吻合。     

角抽运Nd:YAG复合板条946 nm连续运转激光器

报道了一种适合中小功率输出的全固态激光器的角抽运方法, 抽运光从板条激光器中板条晶体的角部入射, 可获得较高的抽运效率和较好的抽运均匀性.采用单角抽运方式, 首次进行了角抽运Nd:YAG复合板条946 nm连续运转激光器的实验研究. 激光腔采用紧凑型平凹直腔结构, 腔长仅为20 mm. 当注入抽运功率为50 W时, 946 nm激光连续输出功率最高达5.29 W, 光光转换效率为10.6%, 斜效率为12%. 整台激光器结构紧凑, 调谐简单, 成本低, 具有广阔的应用前景. 关键词： 角抽运 Nd:YAG晶体 连续波 946 nm激光     

紧凑的新型Yb:GdYAB自倍频激光器

报道了一种新型自倍频晶体Yb∶Gd0.2Y0.75(BO3)4(Yb∶GdYAB)在二极管激光器端面抽运条件下的连续光激光运转。为了实现紧凑的新型全固态激光器的激光运转,设计了一个平平谐振腔,两个镜子的分开距离仅为1 cm,在这种腔结构下,得到了中心波长为1044 nm的基频激光输出,当吸收抽运功率为4.22 W时,基频激光的最大输出功率为1.38 W,相应功率曲线最大斜效率为54%。为获得有效的自倍频激光输出,换用了平凹腔进行了自倍频实验。自倍频光运转阈值仅为900 mW,在吸收抽运功率为3.9 W的条件下,得到144 mW的自倍频绿色激光输出,获得从二极管激光器到绿光的直接光-光转换效率为3.7%。实验结果表明Yb∶GdYAB作为一种新型的自倍频晶体,对于紧凑的1μm波段的基频光和自倍频可见光激光器都有着很大的应用潜力。     

激光自倍频晶体研究和应用进展

激光自倍频晶体是一类同时具有激光和非线性效应的复合功能晶体。以激光自倍频晶体制作的全固态激光器具有体积小,调整方便,稳定性高等优点。自1970年代以来,以LiNbO3,YAl3(BO3)4倍频晶体为基质的激光自倍频晶体实现了自倍频激光运转。近年来,以RECa4O(BO3)3(RECOB)为基质的激光自倍频晶体受到重视和广泛研究。本文从对激光晶体、非线性光学晶体及激光自倍频晶体的基本要求出发,在综述激光自倍频晶体研究历史的基础上,讨论了激光自倍频晶体中的基波和倍频光,探讨了NYAB和Nd:GdCOB一类晶体中晶体长度,Nd3+浓度和效率之间的关系。理论估算表明,当浓度适当,晶体长度10mm时,这两类晶体的光–光转换效率可达30%以上。本文总结了NYAB系列晶体的研究历程及RECOB系列激光自倍频研究的思路及取得的成果。在最近10年中,利用山东大学生长的Yb:YAB晶体,获得1.1 W自倍频绿光,光光转换效率为10%;在RECOB体系中,比较了各种晶体的特点,选定Nd:GdCOB为主要研究对象,经过晶体掺钕浓度和长度关系,位相匹配方向、膜系及热工程等多方面研究,获得了1.36 W的545 nm绿光输出,光–光转换效率为17.1%;输出功率为1.03 W时,半小时功率波动不超过1%。这是目前为止,Nd3+离子激光自倍频晶体的最好结果。文章最后介绍了激光自倍频晶体的可能应用。通过理论和实验分析,认为到目前为止Nd:GdCOB是以Nd3+为激活离子最后的激光自倍频晶体,而在Yb3+为激活离子时,Yb:YAB晶体最佳。     

(Y,Gd)Al3(BO3)4:Tb的真空紫外光谱特性

(Y,Gd)Al3(BO3)4属于三角晶系,具有R32的空间群,掺入Ce3 ,Tb3 杂质后,其晶格结构没有变化。(Y,Gd)Al3(BO3)4:Tb随着Gd3 摩尔浓度增大,基质吸收带红移。Gd3 和Tb3 之间存在着很有效的能量传递。Gd3 摩尔浓度在一定范围内(0~0·75mol)增大时,样品在120~300nm光谱范围内的激发强度均是增强的;但是,Gd3 浓度过高造成Gd3 的发射增强,GdAl3(BO3)4:Tb在120~240nm光谱范围内激发强度很明显下降。(Y,Gd)Al3(BO3)4:Ce,Tb在真空紫外激发下,发现Tb3 的发光明显的被Ce3 猝灭。     

Effect of Nd concentration on the laser performance of a new laser crystal: Nd : NaY(WO4)2

We have measured the transmission and emission spectra of a new crystal, Nd : NaY(WO₄)₂ (Nd : NYW). Using a Ti : sapphire laser as the pump source, the laser performances of Nd : NYW crystals with different concentrations are compared for the first time. The Nd³⁺ concentrations used are 1, 2, 4 and 5 at%. Our investigation shows that 2 at% is the optimum concentration. When the incident pump power is 575 mW, the 1.06 μm output can reach 184 mW, corresponding to an optical-to-optical efficiency of 32%. We believe that our work is significant for the further research and actual application of this promising laser crystal.     

Effect of Nd~(3 ) Concentration on theLaser Performance of a New Laser Crystal: Nd: NaY(WO_4)_ 2

The transmission and emission spectra of a new crystal, Nd:NaY(WO4)2(Nd:NYW) have been measured. Using a Ti: Sapphire laser as the pump source, the laser performances of Nd: NYW crystals with different concentrations are compared for the first time. The Nd3 concentrations used are 1, 2, 4 and 5 at.-% . The experiments show that 2 at.-% is the optimum concentration. When the incident pump power is 575 mW, the 1. 06 μm output can reach 184 mW, corresponding to an optical to optical efficiency of 32 % . The experimental results show that the work is significant to the further research and praction application of this promising laser crystal.     

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。     

Tm掺杂的激光晶体生长、结构和光谱性能研究

采用顶部籽晶生长法从K2Mo3O10-B2O3助熔剂中生长出15 mm×15 mm×25 mm优质TmxGd1-x Al3(BO3)4(x=1,0.06)晶体.利用X射线单晶衍射仪测定了TmAl3(BO3)4晶体的结构.对Tm3+GAB晶体进行定向切割,测量得到了σ和π方向的偏振的吸收和发射光谱,并根据Judd-Ofelt理论计算了Tm3+在GdAl3(BO3)4中的J-O参数、各个能级的振子强度、自发辐射几率、荧光分支比等参数.     

Tunable second harmonic generation from a Kerr-lens mode-locked Yb:YCa_4O(BO_3)_3 femtosecond laser

We experimentally demonstrated a diode-pumped Kerr-lens mode-locked femtosecond(fs) laser with a self-frequency doubling Yb:YCa_4O(BO_3)_3 crystal.Sub-40 fs laser pulses were directly generated from the oscillator without extracavity compression.The central wavelength was tunable from 1039 nm to 1049 nm with a typical bandwidth of 35 nm and an average output power of 53 mW.For the first time,a self-frequency doubled second harmonic green laser with tunable range from 519 nm to 525 nm was observed.