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。     

角锥棱镜腔激光二极管抽运被动调Q激光器

为了提高传导冷却条件下激光二极管(LD)侧向抽运被动调Q激光器的光束质量和输出稳定性,采用了两组半圆柱面激光二极管阵列侧向交错抽运两根串接的激光棒,实现了均匀抽运和散热。通过实验分析了横模结构对被动调Q稳定性的影响,设计了角锥棱镜-高斯输出镜非稳腔,在显著提高器件光束质量的同时,明显改善了被动调Q的稳定性,并保证了谐振腔的机械稳定性。在此基础上研制了一台重复频率20 Hz、单脉冲能量64 mJ、脉冲宽度7 ns、稳定性优于±5%、光束发散角0.6 mrad、光-光效率9.1%,且光轴指向稳定的工程实用器件。     

两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定.在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的下涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性.实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%.在抽运功率为150 W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8 W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%.实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率.     

变反射率镜非稳腔的研究进展

回顾了变反射率镜非稳腔的研究历史,总结了实现变反射率的方法,分析了它们的优缺点,最后列表总结了典型使用VRM作为非稳腔输出耦合器的实验参数和结果.为大能量固体激光器的设计提供了理论和实验参考.     

灯泵浦非稳脉冲调Q Nd:YAG固体激光器特性模拟

对实际固体激光器谐振腔的特性分析常常采用经验公式的模型进行预测和研究。从非稳腔衍射积分方程和激光介质速率方程出发，利用GLAD程序计算并模拟了电光调Q非稳折叠腔Nd：YAG激光器的输出光束特性，得到了近场和远场的能量分布以及脉冲宽度波形，计算结果对试验具有指导意义。     

光纤激光器谱合成系统合成效率的计算分析

在简化模型的基础上,从三能级粒子速率方程出发,结合光纤激光器的光束传输方程,推导出光纤激光器谱合成系统的输出功率和合成效率的解析表达式.在此基础上,对合成效率进行了计算分析,并讨论了影响合成效率的主要因素.结果表明,光纤激光器谱合成系统的合成效率主要由光纤激光器输出镜反射率、谱合成系统的外腔输出镜反射率、光栅衍射效率以及望远镜滤波组件透过率决定.     

折叠-组合腔不同曲率输出镜近场光束分析

多维轴对称折叠组合腔由一个或多个折叠腔和一个共轴球面腔组合而成，共用一个平凹输出镜产生并合光束。为了得到更稳定、更高功率的激光输出，基于矩阵理论建立了基模高斯光束斜入射通过凹面镜的理论模型，并对输出光束的近场光强分布和光斑大小做了非相干并合和相干并合的数值计算和模拟。结果表明随着输出镜曲率半径的减小，光强峰值和光斑大小有轻微减小，稳定性更高。     

LD泵浦Cr4+∶YAG被动调Q锁模Nd∶Gd0.42Y0.58VO4激光器

理论和实验研究了LD泵浦Nd∶Gd0.42Y0.58VO4/Cr4+∶YAG被动调Q锁模激光器.在分析Cr4+∶YAG晶体能级结构和调Q锁模物理过程的基础上,通过数值模拟给出了Cr4+∶YAG调Q锁模的参量要求,然后进行了实验验证.实验中Cr4+∶YAG的初始透过率T0分别为86.3%、95%,输出镜的透过率T分别为10%、20%,在其他条件不变的情况下构成四种不同的组合,均实现了激光器的调Q锁模运转.实验结果表明,降低Cr4+∶YAG的初始透过率T0或提高输出镜透过率T有利于获得较好的锁模效果,与理论分析一致.     

低温GaAs被动调Q锁模Nd:Gd0.42 Y0.58VO4 混晶激光器特性研究

采用低温生长GaAs晶体作为被动饱和吸收体兼输出镜,实现了Nd:Gd0.42Y0.58VO4混晶激光器的调Q锁模运转.研究了Nd:Gd0.42Y0.588VO4激光器的基频运转特性.在输出镜透射率T=10%、腔长L=40 mm的情况下,当抽运功率为8.6 W时,获得激光输出功率3.78 W,光-光转换效率为43.9%.并测量了Nd:Gd0.42Y0.58VO4混晶被动调Q激光器的输出特性.实验结果表明激光器调Q运转阈值为2 W,当抽运功率为3.7 W时,激光器出现调Q锁模行为;当抽运功率为8.6 W时,激光器调Q锁模深度达70%以上,对应的脉冲包络重复频率为670 kHz,半峰全宽为180 ns,平均输出功率为1.35 W,光-光转换效率为15.7%.     

全固态SESAM锁模激光器的锁模特性研究

对全固态SESAM锁模激光器的锁模特性进行了理论研究。基于抑制调Q锁模理论模型和结合全固态LD抽运的Yb:YAG激光器等,数值模拟分析了在不同调制深度、非饱和损耗、饱和通量和输出镜透射比等参数下的SESAM的反射率,以及抑制调Q锁模所需要的临界抽运功率。以同样的脉冲通量入射到SESAM上,SESAM的调制深度、非饱和损耗和饱和通量与它的反射率都呈一个反比关系。调制深度、饱和通量、输出镜透射比、激光光腰和腔长的减小都会降低临界抽运功率,使其更容易抑制调Q锁模。在晶体长度为1.9 mm时,可获得最小临界抽运功率。     

带相位共轭镜的Nd:YAG激光系统

研究了相位共轭镜用于改善MOPA激光系统光束质量的特性研究.利用单纵模环形激光器作为振荡级,对加装有相位共轭镜的MOPA系统的相位共轭反射率、阈值进行了测试,并获得了重复频率10Hz、单脉冲能量大于200mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出.     

Output power optimisation of slab-waveguide laser with Gaussian output mirror

We present an approximate analysis of the nonlinear operation of the hollow slab-waveguide laser with Gaussian reflectivity profile output mirror, including gain saturation and longitudinal as well as transverse field distribution of the laser mode. The model presented is general and can be applied to the study of arbitrary configuration of the slab-waveguide laser. In particular, the laser characteristics obtained reveal the influence of the position of the output mirror and the Gaussian mirror parameter on the power efficiency of the laser system. Received: 6 January 2000 / Published online: 8 November 2000     

后腔镜对掺镱双包层光纤激光器输出特性影响研究

使用国产掺镱双包层光纤搭建了双包层激光器实验系统.将透射率不同的反射镜作为后腔镜进行了激光器输出激光光谱和功率测量.根据激光器数学模型和增益理论,分析了实验中后腔镜参量对激光器输出特性的影响,并深入讨论了后腔镜透射率与激光器输出波长之间的关系.实验表明：后腔镜与激光器输出激光功率和波长紧密联系,通过调节后腔镜的透射率可以优化系统的输出激光特性.     

Single higher-order transverse mode operation of a radially polarized Nd:YAG laser using an annularly reflectivity-modulated photonic crystal coupler

We demonstrate single higher-order transverse mode operation of a radially polarized Nd:YAG laser by using a polarization-selective and reflectivity-modulated output coupler. A narrow annular region with low reflectivity fabricated in a photonic crystal mirror behaves so as to select a higher-order transverse mode of a cylindrically symmetric laser beam. A double-ring-shaped radially polarized TM(02) mode beam is stably generated.     

二极管面阵侧泵浦Nd:YAG双板条激光器

 叙述了二极管面阵侧泵浦双板条耦合单横模 Q 开关激光器的研制。泵浦源为二极管面阵激光器,使用梯形波导板耦合系统,耦合效率达90%,谐振腔为凸凹腔,全反射镜的曲率半径为 3.0m的凹面镜,输出镜为曲率半径3.0m的可变反射率超高斯镜。激光器在 100Hz 重复频率下,输出单脉冲能量18.23mJ,脉宽为15.25ns,光束质量M²<1.5具有平顶分布的超高斯光束。     

镜面瑕疵对激光光束质量的影响

在激光系统中,镜面平整度很大程度上影响了输出激光的光束质量。为了定量地评价镜面瑕疵对激光光束质量的影响程度,提出描述镜面瑕疵与空间光束相关程度的参数τ和镜面瑕疵对远端光场的影响参数δ。经仿真计算,研究了不同镜面瑕疵对激光光束质量的影响程度,得出影响参数δ和相关度τ的变化规律,即影响参数δ和相关度τ的内在线性关系。对于任意TEM₀₀模、TEM₀₁模和TEM₀₂模,此线性关系近似一致,具有普遍性。例如当瑕疵透过率为0时,对于3种模式的光场,δ随τ变化的线性曲线的斜率都近似等于1.8。     

光学补偿LD侧向非均匀泵浦全固化激光器

采用定向棱镜谐振腔、半圆柱面LD阵列交错侧向泵浦两根串接NdYAG激光棒、热传导冷却结构,研制出了一台工程实用的全固化激光器.定向棱镜腔内振荡光线平行于光轴的对称位置交换穿行,匀化了增益,降低了模序数;同时,定向棱镜准相位共轭特性和自准直作用在一定程度上修正波前畸变、热光楔以及热致双折射,保证了大的动态范围内热稳定性,改善了光束质量.激光器采用Cr4+YAG被动调Q,在室温条件下,工作电流为53 A、频率10 Hz时,1.06 μm单脉冲激光能量高于150 mJ、脉宽9 ns、输出稳定度±3%、束散度2.5 mrad且光轴指向稳定,远场分布近似相干平顶高斯光束.     

Output beam analysis of high power COIL

As the output power of a chemical oxygen iodine laser (COIL) increases, the output laser beam instability appears as the far-field beam spot drift and deformation for the large Presnel number unstable resonator. In order to interpret this phenomenon, an output beam mode simulation code was developed with the fast Fourier transform method. The calculation results show that the presence of the nonuniform gain in COIL produces a skewed output intensity distribution, which causes the mirror tilt and bulge due to the thermal expansion. With the output power of COIL increases, the mirror surfaces, especially the back surface of the scraper mirror, absorb more and more heat, which causes the drift and deformation of far field beam spot seriously. The initial misalignment direction is an important factor for the far field beam spot drifting and deformation.     

半导体可饱和吸收镜被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器研究

利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模技术实现的超快脉冲激光器具有结构简单紧凑、脉冲序列稳定等优势,在许多领域有着重要用途,自问世以来受到国内外的广泛关注.分析了SESAM被动锁模侧面抽运固体激光器的具体要求,进行了不同条件下的SESAM被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器实验.获得了最高平均功率9.5 W,脉冲重复频率71 MHz,单脉冲能量约141 nJ的皮秒激光脉冲.对SESAM被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器进行了实验和理论分析,对实现高功率连续超短脉冲激光器进行了探讨.     

Hybrid output mirror for optically pumped far infrared lasers

A hybrid metallic mesh multilayer dielectric coating mirror has been developed for use as an output mirror for optically pumped far infrared lasers. The metallic mesh provides a high reflectance in the far infrared while the multilayer dielectric coating is chosen to provide a maximum reflectivity at the pump wavelength (10 μm). This hybrid mirror has increased the output power of a CH₃F waveguide laser at 496 μm by a factor of 350 over that obtained with a hole coupling mirror. In addition, this mirror results in a far infrared output beam which has a minimum angular divergence limited only by the particular oscillating transverse waveguide mode (the EH₁₁ mode for this experiment).