激光二极管抽运非平面单向行波环形腔单频固体激光器的设计

激光二极管抽运的单块非平面环形腔固体激光器具有结构稳固、效率高等优点 ,在一定的纵向磁场作用下 ,可形成单向行波振荡 ,纵向抽运时就可得到较高功率的单频输出 ,有广泛的应用前景。文中在详细讨论了非平面单向行波环形腔形成单频的原理基础上 ,研究了国际上流行的“三角形”单块非平面环形腔 ,并用此种腔型得到 2 70 m W的基横模单纵模 1.0 6μm激光 ;同时提出了所设计的非平面环形腔“梯形环形腔”和“角锥棱镜式环形腔”。由于它们工作原理相近 ,统称它们为“泛三角形非平面单向行波环形腔”。     

考虑晶体应力情况下的单块非平面环形腔分析

简要分析了单块非平面环形腔单频激光器的基本原理,并采用琼斯矩阵计算了单块单向行波非平面环形腔内的本征偏振态。深入分析了磁场强度、输出面偏振反射系数、入射角、非平面角及腔内其它参量对各本征偏振态的损耗及两本征偏振态间损耗差的影响,并且指出如何选择各参量以降低本征偏振态的损耗且增大两本征偏振态间的损耗差。最后还通过计算晶体应力在两个本征偏振态方向引起的相位差,讨论了应力作用方向以及应力双折射系数对腔内本征偏振态的损耗和两本征偏振态间损耗差的影响。     

用单块激光器和环形外腔获得稳定的532 nm激光

采用单块半非平面Nd:YAG单频环形激光器和环形外腔倍频技术，获得了单频功率249.5mW的532nm波长的绿光输出，倍频效率43.2%，实现了倍频腔与激光器之间的跟踪锁定，倍频光功率稳定性优于1％，理论计算与实验结果一致。     

半导体抽运的Er:YAG陶瓷单频脉冲激光器

利用掺铒钇铝石榴石(Er:YAG)单块非平面环形腔(NPRO)激光器作为种子源,通过注入锁定技术研制了半导体抽运的Er:YAG陶瓷单频脉冲激光器。在重复频率为200Hz的条件下,获得了脉冲能量为11.45mJ、脉冲宽度为174ns的1645nm单频脉冲输出,在x和y方向上的M~2因子分别为1.45和1.42,脉冲光与种子光拍频信号的频谱半峰全宽为2.67MHz。实验表明,Er:YAG陶瓷作为增益介质在产生1.6μm激光方面具有较好的性能。此激光器可在激光雷达领域作为多普勒相干测风激光雷达和遥感激光雷达的光源。     

周期极化KTiOPO4晶体和频单块非平面环形腔激光产生连续单频589nm黄光

单次通过周期极化KTiOPO₄晶体和频单块非平面环形腔1064 nm与1319 nm激光产生连续单频589 nm黄光. 通过琼斯矩阵模拟计算对单块非平面Nd:YAG晶体参数进行了优化设计, 实验获得1080 mW和580 mW的连续单频1064 nm和1319 nm激光输出. 两束激光单次通过周期极化KTiOPO₄晶体和频产生14.8 mW, M²=1.14的589 nm黄光, 相应的和频效率为0.9%. 研究了周期极化KTiOPO₄温度对和频效率的影响, 得到其温度接收带宽为1.5℃. 通过改变1064 nm Nd:YAG晶体的温度可实现589 nm黄光波长精确对应钠原子D_2a吸收谱线, 调谐精度达到0.164 pm.     

全固态单频钛宝石激光器

以自制激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4内腔倍频激光器作为钛宝石晶体的抽运源,采用四镜环形谐振腔结构,实现了全固态780 nm钛宝石激光器的连续运转.在考虑了钛宝石晶体长度以及环形腔像散补偿情况下,当532 nm的抽运光功率为9 W时,得到了最高功率为700 mW的波长为780 nm的单频激光输出.     

用于LD泵浦NPRO单频激光器的精密温控系统

根据高稳定性半导体激光(LD)泵浦单块非平面环形腔(NPRO)单频激光器对于功率稳定性和频率稳定性的要求,设计并研制了一套高精度的精密温控系统。该系统基于模拟比例-积分-微分(PID)控制原理,采用程控调节P和PI的方式,通过对半导体制冷器(TEC)的驱动控制,实现在-10⁺70℃范围内对LD和NPRO单块晶体温度的精确控制,控温精度达±0.01℃。采用该温控系统的LD泵浦1645nm NPRO单频激光器,30min内相对波长稳定性达8.32×10-7。     

全固化非平面单频Nd：YAG环形激光器

利用Ｎｄ：ＹＡＧ激光增益介质的法拉第效应，以及光束在非平面环形谐振腔中传播产生的偏振面旋转，使激光二极管泵浦的环形Ｎｄ：ＹＡＧ激光器单向运转，获得单频激光输出，最大单纵模激光（１．０６４μｍ）输出为３６５ｍＷ，功率波动小于２％，短期频率漂移小于４５ＭＨｚ，并利用内腔倍频技术得到单频绿光输出，最大单纵模绿光（５３２ｎｍ）输出为７５ｍＷ，功率波动小于４％。     

环形染料激光腔的分离参数设计方法

近年来,利用环形行波激光腔以提高单频染料激光器的输出功率,曾经引起了人们的极大兴趣。然而,这种环形激光腔的设计是十分复杂的。它的复杂性在于,一般地必须考虑多元腔结构参数对腔内光模参数的相互影响。本文证明了高斯光束的一个特殊变换关系,同时在此基础上发展了一种分离参数的设计方法,使我们能够容易地设计适合各种要求的环形染料激光腔。     

三共振参量振荡腔中高增益的获得

研究了光学参量振荡中的参量增益．对环形腔和驻波腔作了讨论．通过单块KTP晶体，利用Nd：YAP倍频稳频激光器产生的0.54μm的激光作为抽运源，并注入1.08μm的两个偏振光作为信号和闲置模，利用温度调谐和插入光楔的方法，在环形和驻波腔中实现了三波之间的强耦合作用．获得了高达110倍的参量增益，并测量了增益与抽运功率的关系．实验结果与理论分析基本一致 关键词：     

激光二极管抽运的高输出单频稳频Nd：YVO4激光器

研制了光纤耦合的激光二极管抽运的单频稳频Nd:YVO4激光器。在输入抽运动率为6W的情况下,获得2W稳定单频红外输出,光－光转换效率为33．3％,电－光转换效率为10％。通过边带稳频系统将输出激光锁定在法布里－珀罗共焦参考腔的中心频率上,频率稳定性优于400kHz。     

角锥型全固态非平面环形激光器473 nm单频运转

提出并实现了由热键合直角棱镜与角锥棱镜构成的新型946 nm及473 nm单频非平面环形激光器.直角棱镜由无掺杂的YAG晶体和2 mm厚的Nd∶YAG晶体热键合形成,可提供激光增益、光路闭合及对946 nm激光起偏等多种复合功能.角锥棱镜由熔融石英材料构成,在环形永磁铁作用下,提供法拉第旋转作用.实验上实现了该结构的946 nm腔内倍频,并获得了473 nm单频单向激光输出.     

角锥型全固态非平面环形激光器473 nm单频运转

提出并实现了由热键合直角棱镜与角锥棱镜构成的新型946 nm及473 nm单频非平面环形激光器.直角棱镜由无掺杂的YAG晶体和2 mm厚的Nd∶YAG晶体热键合形成,可提供激光增益、光路闭合及对946 nm激光起偏等多种复合功能.角锥棱镜由熔融石英材料构成,在环形永磁铁作用下,提供法拉第旋转作用.实验上实现了该结构的946 nm腔内倍频,并获得了473 nm单频单向激光输出.     

声光可调谐环形腔掺铒光纤激光器

应用单级偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器为调谐元件,实现了环形腔掺铒光纤激光器的连续可调谐激光输出.简要阐述了与偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器的工作原理,对其频移补偿原理进行了分析.实验研究得到:当抽运功率为13mW时,中心波长为1550nm的激光输出功率为322μW,阈值抽运功率在7.65mW左右,斜率效率约为6.02%;并获得了38nm带宽(1524.7—1562.4nm)的连续可调谐激光输出.     

高功率全光纤光载微波信号功率放大器

为获得可应用于光载微波雷达系统的高功率双频激光源,用1 064nm窄线宽Nd∶YAG单块非平面环形腔激光器作为单频种子源,其输出分为两路,一路直接耦合入光纤,另一路经声光移频,与未移频的光束合束后获得中心频差为150 MHz、功率为20mW的双频激光.利用以半导体激光泵浦和掺Yb3+石英光纤为增益介质的3级主振荡功率放大系统对双频固体激光器输出的双频激光进行放大,获得50.3W的双频放大输出,光束质量因子为1.30,第三级主放大斜效率为74%.双频成分的幅度比、频差在放大过程中得到保持,拍频调制深度及信噪比等特性也未有恶化.双频光纤功率放大器在频差稳定和高功率输出等方面均有良好的表现.     

基于角锥棱镜的非平面单频环形腔本征态分析

对基于角锥棱镜的非平面单频环行激光器的本征态问题进行了详细讨论,通过参考光线研究了该环形腔的光路闭合情况.腔内允许存在的四个本征椭圆偏振态,由于模式竞争,最终仅存一个本征模式振荡,从而实现单频运转.通过对腔内环路矩阵结构的分析,得出该环形腔中线偏振模式的产生需要系统的光路结构对称.对角锥棱镜的圆柱部分施加磁场,随着磁场的增大,对称光路结构中的本征态结构发生变化,并在适当磁场处出现线偏振模式.     

高功率可调谐1064 nm准连续单频激光振荡-放大系统研究

研制了高功率可调谐1064 nm准连续单频激光振荡-放大系统.振荡级采用三镜环形行波腔型结构的Nd:YAG激光器,通过精确控制腔内标准具的温度改变标准具材质折射率和厚度实现了对激光波长的调谐,获得了13.2 W调谐范围为58 GHz的1064 nm准连续单频振荡光,其重复率为1 kHz,占空比为10%.经过由双Nd:YAG激光头串接构成的放大器对振荡光进行双程放大后激光最终输出功率为44 W,光束质量因子M²= 1.58. 关键词： 可调谐激光 单频激光 标准具 振荡-放大系统     

高功率可调谐双频激光全光纤放大实验研究

基于全光纤以及主控振荡功率放大器,设计并搭建了一套扫频范围为125~165 MHz的拍频信号的放大系统。并设计了一套基于1064nm的Nd:YAG单块非平面环形腔激光器作为单频种子源。通过声光移频的方式将1064nm单频激光分成中心频差为150 MHz的两束激光进行拍频。双频激光初始功率为50mW,通过放大系统将双频功率放大到10W。通过实验及分析得出两束频差为150MHz的激光功率比率在放大之后保持不变,且经过放大的激光信号中,拍频信号所占的功率成分可以通过调节双频功率比以及单臂分量的偏正态来获得最大输出。同时对拍频信号的信噪比及线宽进行了实验分析。     

复合腔全光纤环形激光器单纵模双向同时激射的实验研究

提出并实验证实了三能级掺杂光纤复合腔环形激光器共振选模振荡原理和腔内自建可饱和吸收机制对双向行波共振谱的去耦作用，并实现复合腔掺Ｅｒ＾３＋全光纤环形激光器单纵蓦以向同时激射。     

硬边非稳腔平面波导激光器的光束特性

基于衍射理论和坐标变换,采用数值模拟的方法分析了硬边非稳腔平面波导激光器的光束特性,研究了存在非均匀抽运和增益饱和时,输出激光的光束质量.在端面抽运和边缘抽运时,比较了正支和负支非稳腔的输出光束特性.结果表明:利用优化的离轴硬边非稳腔可以得到近衍射极限的输出.在相同的抽运不均匀性情况下,对于边缘抽运和端面抽运,正支非稳腔的光束质量因子M2分别为3.9和2.3,而相同条件下负支非稳腔的M2因子为1.8和1.7.