飞秒脉冲激光沉积钕掺杂薄膜特性研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上生长了Nd∶YAG薄膜以及Nd∶Glass薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、光学掺量振荡器(OPO)以及光栅光谱仪等测试装置分析了薄膜的表面和断面结构形貌、组成成分、光学吸收谱以及光致发光谱。结果表明：在室温衬底温度下生长的Nd∶YAG薄膜以及Nd∶Glass薄膜均呈无规则非定型结构,没有明显的取向性微晶生长;PLD生长的Nd∶YAG薄膜中存在0.15 at.%化学计量比的Nd元素;Nd∶YAG块体靶材在750和808 nm有两个明显的吸收峰,而薄膜没有明显的吸收峰;Nd∶YAG薄膜在808 nm波长泵浦光下没有明显的光致发光谱峰,而Nd∶Glass薄膜在877和1 064 nm波长处有明显的光致发光谱峰。说明在室温衬底温度下生长的Nd∶Glass薄膜中Nd元素以Nd3+光学活性离子形式掺杂进玻璃基质中,而Nd∶YAG薄膜中的Nd元素没有以Nd3+光学活性离子形式掺杂进YAG基质中。     

Nd∶YAG透明陶瓷制备与激光性能

采用化学沉淀法分步制备了分散性好、团聚少的纳米Y2O3、Nd2O3和Al2O3粉体,经球磨混合和喷雾干燥后,获得了颗粒形貌为球形、粒径在20 ～ 40 μm间的混合陶瓷粉体.粉体经成型后,采用真空烧结工艺制备出了直径为75 mm、厚度5 mm的高透明Nd∶ YAG陶瓷,其在1064 nm和400 nm处的透过率均高于80;,接近于Nd∶ YAG单晶的理论透过率.应力和干涉条纹测试结果表明,所制备的Nd∶ YAG透明陶瓷应力分布均匀,干涉条纹平直,具有良好的光学均匀性.FESEM和XRD测试结果表明,陶瓷的晶粒尺寸在10 ～ 20 μm之间,晶界干净,没有残留气孔和杂质相.对从Nd∶ YAG陶瓷圆片上选切出的3 mm×3mm×5 mm和3mm×3 mm×10mm的Nd∶ YAG激光陶瓷元件进行激光性能测试,实现了连续瓦级激光输出,在泵浦注入功率为18.6 W时,分别获得了7.78W和7.75 W激光输出,光光转换效率分别为41.8;和41.7;.     

Nd:YAG方形薄片激光器3维温度及热应力的数值模拟

 在有限差分迭代方法的基础上,利用MATLAB程序模拟计算了在超高斯泵浦光连续作用下Nd:YAG薄片激光器中方形薄片介质的3维瞬态和稳态温度分布。根据热平衡微分方程和热弹性体边界条件,由3维温度分布数值模拟了介质的3维位移和热应力。有限差分迭代方法避免了常规的有限元法需要求解超大稀疏矩阵而导致的占用系统的内存数增加和计算速度等问题。模拟计算得到的介质温度分布和应力分布与实验结果相符合。     

阶跃光纤低阶线偏振模的M2因子分析

针对阶跃光纤输出低阶线偏振模（Linear Polarization,LP）,利用二阶距定束宽,多点拟合法计算了几个低阶LP mn模相干和非相干叠加时的M2因子.结果表明,对同一LP mn模式,光纤的归一化频率参量V减小到截止频率时,M2因子出现峰值;当V远离截止频率时M2因子趋于一定值.低阶LP mn模非相干叠加时,叠加后的较高阶模成分越大,合成光束的光束质量越差,光束在一定的条件下可能比基模更接近于理想高斯光束;而相干叠加时,合成后的M2因子可以大于参与叠加的较高阶模的光束质量因子.     

二维随机介质中模式的空间局域化分布

基于随机激光的时域理论,利用时域有限差分法(FDTD)数值求解麦克斯韦方程组和速率方程组,利用分区域计算法,分别计算了整体和局部泵浦二维随机介质时,不同泵浦强度下,不同区域的辐射谱,得出了随机介质中模式的空间局域化分布。计算结果显示,同样条件下不同区域的辐射谱是不同的,且随着激励源泵浦强度的变化,随机激光辐射始终集中在介质中某几个固定区域,但各个区域的随机激射效率不同,在区域之间存在模式的空间范围重叠。利用该方法,可以分析介质的随机分布对随机激射的影响,理论上可以为高激射效率的伪随机介质制备提供一定指导。     

增益介质位置对腔外倍频效率的影响

采用MgO掺杂的周期性极化铌酸锂晶体作为非线性晶体,搭建了线性平-凹腔结构的外腔式倍频系统,分析了增益介质和输入耦合镜之间的距离对二次谐波转换效率的影响。实验中,使用光纤耦合二极管泵浦Nd: YVO₄激光器作为基频光源,通过改变增益介质和输入耦合镜的间距,测量了激光器的纵模数量、锁模脉冲稳定性、基频光线宽以及光-光转换效率。实验结果显示,增加增益介质和输入耦合镜之间的距离,可以在一定程度上提升自锁模脉冲的稳定性并有效减小基频光线宽。当泵浦功率较高时,适当增加该间距可以有效提升二次谐波转换效率。     

780W全光纤窄线宽光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景.分析了高功率窄线宽光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,以及正弦相位调制光谱展宽理论.采用正弦相位调制技术将单频激光器的线宽展宽至2.9 GHz,通过三级放大结构对输出功率为50 mW的窄线宽种子源进行放大,实现了中心波长1064.34 nm、线宽2.9 GHz、最大功率780 W的激光输出,光—光转换效率79%,光束质量M2x=1.44,M2y=1.43.分析了相位调制前后输出功率提高的原因,认为正弦相位调制增加的纵模降低了光纤中的功率谱密度,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使相位调制后的输出功率大幅提高.该激光器的输出功率仅受限于抽运功率,进一步提高抽运功率,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出.     

Spatial and temporal distribution of Q-switched laser pulses in multimode regimes

The spatial and temporal distribution of Q-switched diode-pumped solid-state laser （DPSSL） pulses is investigated in multimode regimes. A theory model of spatial and temporal distribution of multimode Q- switched DPSSL pulses is established. The influences of position, initial inversion population density, and mode ratio on pulse width are studied. The results show that the pulse expands in the position wherein two or more mode intensities are equivalent, and the pulse building time difference of the modes are less than one mode pulse width. These results can be applied in pulse compression and mode composition.     

布儒斯特角切割LiNbO3晶体的偏振态分析

基于琼斯矩阵和菲涅耳公式,建立了偏振光透过LiNbO3晶体的分析模型,研究了入射光偏振态、晶压等参数对输出光偏振态和p偏振态、s偏振态透射率的影响规律。搭建了分别含单块LiNbO3晶体、LiNbO3晶体和薄片、两块串联LiNbO3晶体的Ho,Tm,Cr:YAG激光电光调Q实验装置,并测得了输出激光的偏振态、输出能量等随晶压的变化关系曲线。     

Random lasing in strongly disordered medium

Using the time-dependent theory, we calculate the random-laser emission spectra in a two-dimensional strongly disordered medium. The calculation results show that in low dimensional systems, such as thin- film disordered media and planar waveguides, the larger the difference of the refractive indices between the scattering and background media, the smaller the lasing threshold. We also reveal the existence of multi-mode survival and mode competition. We experimentally obtain the emission spectra of a dye solution with Al particles doped at different pumping energies, and the experimental results agree well with the calculated ones.