高功率激光与“超热导”激光晶体

高功率固体激光技术的发展史就是一部与“废热”的斗争史,为抑制热效应对光束质量的不利影响,先后出现了热容激光器、薄片激光器、板条激光器以及光纤激光器,新的增益介质形态结合先进的散热技术将激光输出功率提升至百千瓦量级。固体激光增益介质的热学性能是限制激光功率进一步取得突破的重要瓶颈。因此,寻找具备超高热导率的激光晶体材料意义重大。本文介绍了上述四种激光器的基本原理及其在高功率激光方面取得的研究进展,从提高增益介质材料热导率的角度出发,对目前已有的方法和研究成果进行了分析与总结,对超热导激光晶体研究和高功率激光技术的发展进行了展望。     

非线性晶体应用于中长波红外固体激光器的研究进展

中波红外3～5μm波段以及长波红外8～12 μm波段的激光处于大气传输窗口,在激光成像、环境监测、激光雷达、激光医疗、化学遥感和红外对抗等领域有着非常广阔的应用前景.基于非线性光学晶体,采用光学非线性频率变换技术在实现中长波红外固体激光输出方面具有明显的技术优势.该方法激光器结构简单,且晶体本身并不参与能量交换,因而没有量子亏损,从而产热很少.同时具有单色性好、宽调谐、高功率等优点.本文针对常用以及新型非线性光学晶体,对其应用于中长波红外固体激光器的研究进展做了详细的总结.     

基于纳米压痕测试的激光晶体光学加工性能研究

针对高功率固体激光器中使用的四类重要激光晶体(YAG、LBO、YCOB、KDP)元件,开展了晶体材料的光学加工性能研究.基于纳米压痕测试实验,研究了几种激光晶体材料在激光器实际使用晶向角度下的的表面力学特性差异,获得了载荷、弹性模量、压痕硬度等参数与压痕深度之间的变化规律;利用超景深显微镜及场发射扫描电镜观察了激光晶体表面的纳米压痕形貌,揭示了裂纹形貌随压力载荷的演变规律以及晶体材料力学各向异性现象.以熔石英材料为参照,从力学特性角度横向对比了几种激光晶体材料获得超光滑表面的光学加工难易程度.     

上海光机所高功率拉曼光纤激光器研究取得进展

<正>近期,中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心冯衍研究员领衔的课题组,在高功率拉曼光纤激光器研究中取得新进展。提出了一种镱-拉曼集成的光纤放大器结构,有效地解决了拉曼光纤激光器功率提升的主要技术瓶颈问题,在1120 nm波长,首次获得580 W的单横模线偏振拉曼光纤激光和1.3kW的近单模拉曼光纤激光输出。近年来,高功率光纤激光器发展迅速。     

长春光机所研制出百瓦级微小型垂直腔面发射半导体激光模块

<正>中国科学院长春光学精密机械与物理研究所大功率激光研究组开发出了利用4个高功率垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)单管串接形成的百瓦级980 nm波段高功率准列阵模块。该模块采用全自主化设计的芯片结构及模块结构,模块尺寸仅有2.2 mmX2.2 mm,输出功率高达210 W,这是单管VCSEL模块迄今为止所报道的最高功率指标。该突破使得微小型高功率VCSEL模块有望在激光引信、激光测距及激光面阵雷     

GaAs基980 nm高功率半导体激光器的研究进展

GaAs基980 nm半导体激光器在材料加工、通信和医疗等领域有着重要应用。应变量子阱结构的出现提高了GaAs基半导体激光器的转换效率、输出功率和可靠性。本文综述了高功率GaAs基量子阱激光器历史发展,介绍了高功率半导体激光器的外延结构、芯片结构和封装结构设计,重点阐述了影响高功率GaAs基量子阱激光器光电性能、散热和实际应用的问题。针对以上问题讨论了相应解决方案及研究成果,并指出了各个方案的不足之处和改进方向。最后,总结了高功率半导体激光器的发展现状,对高功率半导体激光器发展方向进行了展望。     

大尺寸钛宝石晶体CPA超短超强激光输出突破100太瓦

太瓦、飞秒(注：太瓦即TW，10^12瓦；飞秒即fs，10^15秒)超快高功率激光在物理、化学以及生命科学等学科领域强场物理研究、激光惯性约束核聚变(ICF)等方面具有广阔的应用前景。自1991年世界上第一台自锁模钛蓝宝石激光器研制成功以来．在短短的10多年里．钛蓝宝石激光器的脉宽从最初的皮秒(ps)发展到现在的几飞秒(6．5fs)。     

Yb:CaGdAlO4晶体及其超快激光技术研究进展

Yb∶CaGdAlO₄(简写为Yb∶CALGO)晶体具有部分无序的结构、优秀的热学和光谱性质、吸收发射带宽，适合采用商用高功率InGaAs二极管泵浦以实现高功率超快激光运转，其较高的非线性折射率系数有利于对锁模激光器的优化。该晶体还具有能级结构简单、本征量子缺陷低、辐射量子效率高等优点，是近年来新一代紧凑型、高效率、低成本激光二极管(LD)泵浦飞秒激光增益介质。本文简要介绍Yb∶CALGO的晶体结构、晶体生长、缺陷分析、热学性质和光谱性质等，并综合国内外学者近期的一些研究成果，重点综述了Yb∶CALGO晶体在半导体可饱和吸收镜、克尔透镜锁模的超快激光器及再生放大器超快激光技术中的最新研究进展。     

单晶光纤生长技术研究进展

单晶光纤因其独特的结构特点以及优良的物理性能而被广泛应用于高功率激光器、辐射探测以及高温环境监测等领域。本文综述了单晶光纤的生长技术,探讨了微下拉法(μ-PD)、激光加热基座法(LHPG)以及导模法(EFG)的生长特点,并重点梳理了单晶光纤生长过程中存在的问题及解决方案。此外详细介绍了包层制备技术发展现状以及局限性。最后,阐述了现阶段单晶光纤的主要分类以及应用场景并对未来发展作出展望。     

雷生强式公司成功生长出世界上最大尺寸掺钕钇铝石榴石激光晶体

正掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)晶体是最重要和应用最广泛的激光晶体材料,作为固体激光器的核心工作物质,被广泛应用于高端装备制造、工业精密加工、激光医疗美容以及科研和国防等军民领域。由于Nd∶YAG晶体的尺寸水平直接制约了材料的光学均匀性水平和器件的输出功率(能量)水平,因此国内外都迫切需要更大尺寸的Nd∶YAG激光晶体。     

Role of Spin States of Polymethine Dyes in the Generation of Electron-Hole Pairs

The spectral and luminescent properties of film composites based on photoconductive poly-N-epoxypropylcarbazole (PEPC) and electrically neutral polyvinylbutyral (PVB) with admixtures of polymethine dyes with various ionicities are studied. The external magnetic field effect on the spectral and luminescent properties of film composites based on PEPC with cationic polymethine and merocyanine dyes is studied. The magnetic field effect in the photogeneration of electron-hole pairs is explained by the participation of the singlet–triplet intersystem crossing of excited dye molecules.     

高可靠性无铝有源层808 nm半导体激光器泵浦源

针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求,设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器。使用双非对称的限制层及波导层结构,降低了P侧材料的热阻及光吸收。优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条件,制备出界面陡峭的四元InGaAsP单晶外延薄膜。制作的激光器室温测试阈值电流为1.5 A,斜率效率为1.26 W/A,10 A下的功率达到10.5 W,功率转换效率为58%。连续电流测试最大功率为23 W@24.5 A,准连续电流测试最大功率为54 W@50 A,没有产生灾变性光学损伤(COD)。在15 A电流加速老化下,激光器工作4 200 h未出现功率衰减及COD现象,说明制备的无铝有源区808 nm激光器具有高可靠性的输出性能。     

In situ measurement of the thermal and photo-assisted MOVPE of ZnTe using laser reflectometry

In situ laser reflectometry has been used to study the growth kinetics of ZnTe under pyrolytic and photo-assisted conditions from diisopropyltellurium (DIPTe) and dimethylzinc.triethylamine (DMZn.TEN). The growth rate of ZnTe was monitored as a function of VI:II ratio, temperature and laser power density. From the results a model for the growth involving the surface decomposition of DIPTe via a bimolecular reaction with methyl radicals homolytically released from the decomposition of DMZn.TEN is proposed. The activation energy under pyrolytic conditions in the low temperature regime for a 1:1 VI:II ratio was found to be 27.6 kcal/mol and under photo-assisted conditions this activation energy was seen to be lowered to 21.9 kcal/mol. The growth kinetics are explained in terms of two competitive processes. The decomposition of DMZn on the surface will be enhanced with increasing substrate temperature; however, the desorption rate of DIPTe will also be enhanced. The competitive nature of these two processes is seen to be particularly pronounced under laser illumination at high power densities, where a growth rate of 13 a.u./s was observed at 360°C, laser power density 67 mW/cm², whereas at 380°C for a similar power density the growth rate was seen to be reduced to 10.5 a.u./s.     

无序激光晶体及其超快激光研究进展

激光是受激辐射的光放大,所辐射的波长取决于增益介质中关键电子的能级结构,特别是其最外层电子的状态决定了可能实现的激光特性。激光发展60年来,激光晶体作为激光的重要激活材料,推动了激光技术的进步和普及,是一个研究历史长而又异常活跃的研究领域。当前,超短超强脉冲激光在加工、医疗、国防等关系国计民生的领域有重要需求,适合超短超强激光的激光晶体成为了本领域的研究热点,其关键是揭示最外层电子的影响因素及设计和生长具有宽波段发射性能的激光晶体。本论文从探讨影响激活离子光谱性能的关键因素出发,综述了以本课题组十余年研究的10余种无序激光晶体为主要部分的研究结果和进展,涉及晶体生长、晶体物理、激光器件设计及应用等工作,包含了高级、中级和低级对称性晶体及其获得的最短脉冲激光结果,希望能为本领域的后续研究提供一定的参考和借鉴。     

高功率CO2激光器CVD金刚石窗口制备研究

本文研究制备了可应用于高功率CO₂激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜,然后将膜片双面抛光,激光切割成矩形基片,再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6 μm的增透膜,最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台,测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6 μm处的透过率为70.9%,利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm^-1,热导率＞19.5 W/(cm·K),爆破强度＞5.62 MPa,镀膜后的透过率为99.2%,增透膜可承受的激光功率密度＞995 W/mm²。     

Surface modification and crystallization of the BaO–B2O3–SiO2 glassy system using CO2 laser irradiation

The surface modification and crystallization process of BaO–B₂O₃–SiO₂ glass compositions when exposed to CO₂ laser irradiation was evaluated as a function of the laser power, irradiation time and surface condition. The glass surface was modified by the application of laser power exceeding 0.40 W and an irradiation time of more than 300 s. Micro-Raman and X-ray diffraction measurements revealed at high laser power the formation of β-BaB₂O₄ (β-BBO) crystalline phase. The crystallization of the irradiated region was enhanced when β-BBO micrometer sized particles were dispersed on the surface of the glass sample. The intensity of the second harmonic generation observed in the crystallized region was found to depend mainly on the condition of the glassy surface prior to glass irradiation.     

LiB3O5晶体946nm,473nm倍频增透膜的研制

采用离子辅助沉积技术在LiB3O5晶体上制备了946nm,473nm倍频增透膜,并测量了薄膜的性质.测试结果表明, 该增透膜具有较低的剩余反射、高的环境稳定性和良好的附着力.进一步测量了薄膜在波长1064nm多脉冲辐照下的激光损伤阈值,获得了两种不同的损伤形貌,并对损伤原因作了初步的探讨.此工艺下镀制的LiB3O5晶体用于瓦级全固态蓝光激光器,获得了3.8W波长为473nm的连续蓝光输出.     

Yb3+掺杂稀土钽铌酸盐的晶体场从头计算研究

Yb³⁺掺杂晶体材料是重要的激光材料,在超短脉冲激光、大功率激光等领域有重要应用前景,但长期以来很难通过实验拟合确定Yb3+晶体场参数,尤其是低对称体系,从头计算是解决此问题的重要途经.本文介绍了适合计算稀土离子掺杂晶体的从头计算DV-Xα方法和有效哈密顿量模型,用该方法计算了Yb³⁺掺杂M型和M'型钽铌酸盐的晶场参数和旋轨耦合参数,得到的能级结构和实验能很好地符合,并发现了Yb³⁺掺杂钽铌酸盐的晶场强度参数随稀土原子序数呈现规律变化.表明结合DV-Xα计算和有效哈密顿量方法是计算Yb³⁺掺杂低对称钽铌酸盐晶体场的有效途径,结果显示Yb3+掺杂钽铌酸盐晶体有望成为新型全固态激光工作物质.