激活介质热效应对振荡模式的影响研究

理论分析了激活介质热效应对端面泵浦固体激光器激光振荡模式分布的影响,并以光纤耦合半导体激光器端面泵浦Nd∶YAG激光器实验研究了激活介质热效应对激光振荡模式的影响。实验结果表明：由于热效应,基模的模体积随泵浦功率的增加而变大,基模在模式竞争中占优;在泵浦光轴线偏离几何腔轴时,基模光斑中心位置朝泵浦光轴线所在位置移动,偏离量与泵浦光轴线的偏离量近似成线性关系。利用实验结果指导腔调节,可使泵浦光轴线与几何腔轴精确重合,获得了椭圆率为0.98、M2因子为1.01的基模输出。     

注入锁定改善大口径稳定腔CuBr激光器的输出特性

报道了在稳定腔中采用注入锁定技术，钭自锁模ＣｕＢｒ激光脉冲成功地进行了注入锁定放大，得到了高平均功率的锁模铜激光脉冲，并且通过这种注入锁定，首次在稳定腔中得到了在２０ｍｍ光斑内空间高度相干的高功率铜激光辐射。     

LD端面泵浦变热导率圆片Yb∶YAG激光器的热效应

针对激光二极管端面泵浦圆片Yb∶YAG晶体产生的热效应问题,以实际工作特点为基础,通过热传导理论分析了热效应。分析了不同泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体尺寸因素对变热导率圆片Yb∶YAG晶体温度场的影响。研究结果表明,使用泵浦功率为60W、超高斯阶次为5、光斑半径为400μm的泵浦光对含质量分数为8%、晶体半径为4mm、厚度为0.5mm的圆片Yb∶YAG晶体进行泵浦,在将晶体的热导率分别视为常量和变量时,泵浦端面获得的最大温升分别为52.15℃和59.51℃。根据计算结果,设计了适合的激光器热稳腔,能充分抑制激光器产生的热效应问题。     

LD端面泵浦Cr~4∶YAG被动调Q激光器输出特性研究

对激光二极管端面泵浦Cr4+∶YAG被动调Q Nd∶YAG激光器输出特性进行了实验研究.实验研究发现,激光器输出功率及脉冲重复频率随谐振腔长度增大而增大.为解释这一实验现象,测量了泵浦光斑在激光晶体内尺寸,同时计算了激光晶体及Cr4+∶YAG晶体内的基模激光光斑半径随谐振腔长度变化.分析结果表明:激光晶体内泵浦光斑尺寸远小于激光晶体内基模光斑半径,腔模间交叠效率较低;当腔长增加时,激光晶体内的基模激光光斑减小,腔模间交叠效率增加,从而导致输出功率及脉冲重复频率随腔长增加而增加;另外,Cr4+∶YAG晶体内光斑半径也随谐振腔长度减小,引起Cr4+∶YAG晶体漂白时间缩短,导致脉冲重复频率随腔长增加而增加.     

LD端面泵浦Cr4:YAG被动调Q激光器输出特性研究

对激光二极管端面泵浦Cr⁴⁺:YAG被动调QNd:YAG激光器输出特性进行了实验研究.实验研究发现,激光器输出功率及脉冲重复频率随谐振腔长度增大而增大.为解释这一实验现象,测量了泵浦光斑在激光晶体内尺寸,同时计算了激光晶体及Cr⁴⁺:YAG晶体内的基模激光光斑半径随谐振腔长度变化.分析结果表明:激光晶体内泵浦光斑尺寸远小于激光晶体内基模光斑半径,腔模间交叠效率较低;当腔长增加时,激光晶体内的基模激光光斑减小,腔模间交叠效率增加,从而导致输出功率及脉冲重复频率随腔长增加而增加;另外,Cr⁴⁺:YAG晶体内光斑半径也随谐振腔长度减小,引起Cr⁴⁺:YAG晶体漂白时间缩短,导致脉冲重复频率随腔长增加而增加.     

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率,在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中,根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了系统采用Cassegrain望远镜时,其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出,随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大,系统光功率透过率将减小,给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系,最后讨论了离焦误差（安装误差）为0.2mm时对出射光斑尺寸的影响。     

高功率CW锁模Nd:YAG激光器动力学特性研究

本文对具有热效应的锁模激光器的动力学特性进行了研究。采用内腔声光振幅调制器对CW Nd:YAG激光器进行锁模,在泵浦功率为3.5千瓦时,获得了平均功率达10W的锁模激光输出,其脉冲幅值稳定度优于4%。     

激光二极管侧面抽运Nd∶YAG锁模激光器的研究

利用谐振腔的稳定条件对激光二极管侧面抽运的 Nd∶YAG锁模直腔的稳区特性和谐振腔内的光斑分布进行了分析。根据对腔参量的分析,选取合适的腔参量设计了一个简单的侧面抽运直腔,该谐振腔腔形简单,没有像散,振荡光模式好,有利于激光器的锁模运转。实验中采用国内自行研制的半导体可饱和吸收镜,实现了激光二极管侧面抽运半导体可饱和吸收镜锁模Nd∶YAG激光器的连续锁模运转,平均输出功率为 2 W,锁模脉冲宽度为10 ps,重复频率为100 MHz。结合实验结果进一步讨论了半导体可饱和吸收镜的一些参量如饱和恢复时间、调制深度等对实现稳定连续锁模的影响。     

激光二极管侧面抽运Nd:YAG锁模激光器的研究

利用谐振腔的稳定条件对激光二极管侧面抽运的Nd：YAG锁模直腔的稳区特性和谐振腔内的光斑分布进行了分析。根据对腔参量的分析，选取合适的腔参量设计了一个简单的侧面抽运直腔，该谐振腔腔形简单，没有像散，振荡光模式好，有利于激光器的锁模运转。实验中采用国内自行研制的半导体可饱和吸收镜，实现了激光二极管侧面抽运半导体可饱和吸收镜锁模Nd：YAG激光器的连续锁模运转，平均输出功率为2W，锁模脉冲宽度为10ps，重复频率为100MHz。结合实验结果进一步讨论了半导体可饱和吸收镜的一些参量如饱和恢复时间、调制深度等对实现稳定连续锁模的影响。     

热效应不敏感的Z型全固态绿光激光器设计

为构建LD泵浦Nd∶GdVO4/KTP腔内倍频热效应不敏感的激光器系统,提高绿光激光的热稳定性,利用基于传播圆变换理论的Z型腔图解分析方法,得到光斑半径w2、w3随热动力参数1/ft的变换关系,利用Mathematics编程软件计算得到了具有激光晶体热透镜不敏性的Z型折叠腔参数。当激光器腔长参数为170mm, 523mm和152mm时,在20.3W的注入泵浦功率下获得了2.72W的531.5nm连续绿光激光输出,实现光 光转换率13%。通过传播圆变换理论图解分析方法的理论计算和实验研究,发现在1/ft小于0.25cm-1的情况下,该腔在激光晶体和倍频晶体处的光斑大小稳定,热效应不敏感,像散不明显。     

SESAM‐free mode‐locked semiconductor disk laser

Experimental demonstration of semiconductor saturable absorber‐free mode‐locked optically pumped semiconductor disk laser is presented. The origin of pulsed operation is attributed to the intensity dependent Kerr lens effect arising in the semiconductor gain medium. Achieved results represent a novel method to mode‐lock this type of laser opening new application opportunities. The laser worked stably in both hard and soft aperture configurations. No semiconductor saturable absorber was used in the laser cavity and the operation was self‐starting. The laser was mode‐locked at 210 MHz repetition rate with 1.5 W average output power and 930 fs pulse width at 985 nm. A record high 6.8 kW peak power was achieved. Measured data is presented along with a discussion of the Kerr lens effect in the cavity.     

High-power self-mode-locked Yb:Y(2)O(3) ceramic laser

We have experimentally demonstrated a high-power self-mode-locked Yb:Y(2)O(3) ceramic laser. Without any additional active or passive element in the cavity, self-started cw mode-locking was achieved. The maximum output power was as high as 2.7 W with a pulse duration of 1.1 ps. Numerical studies show that the diffraction loss induced by thermal lens aberration, in combination with the Kerr self-focusing effect in the gain medium, results in the mode locking of the laser. To our knowledge, this is the first self-mode-locked ceramic laser.     

自缩短效应对Kerr被动锁模激光器稳定区的影响

利用谐振腔的往返矩阵理论以及谐振腔的稳定性条件研究了锁模激光器的稳定区与激光腔内光功率的关系,从而得出在高脉冲功率下自缩短效应对Kerr被动锁模飞秒激光器的稳定区的影响.利用激光谐振腔的此性质可以对Kerr被动锁模激光器的谐振腔的设计进行优化,从而提高其锁模的可实现性以及谐振腔的稳定性.     

Diode-pumped green Nd:YAG laser with Q-switch and mode locking

We propose a new method for achieving simultaneous operation of laser mode locking and the Q-switch technique using only a single acousto-optic modulator (AOM) with a traveling wave; this AOM was placed inside the cavity of a green-emission Nd:YAG laser. The further shortening of the lasing pulse duration from 40 ps to less than 3.25 ps was obtained by the formation of a Kerr lens in a doubling-frequency crystal. At average output power of 1.5 W and pulse repetition rate of the Q-switch equal to 2 kHz, the peak power in a steady-operating laser exceeded 50 MW.     

热透镜效应下的克尔透镜锁模

讨论了在增益介质与克尔介质分离情况下热透镜效应对克尔透镜锁模的影响，计算了克尔透镜锁模在热不敏感腔中需满足的条件，结果表明，通过适当地调整激光腔参数，有可能实现热不敏感的克尔透镜锁模。最后通过计算机数值模拟获得了对典型振荡腔设计参量的修正。     

非对称平直腔固体激光器的动力学分析

利用传播圆图解方法，分析了非对称平直腔固体激光器的热透镜效应对激光器的动力学稳定区的宽度、基模光斑尺寸和发散角的影响。此方法避免了传统ABCD矩阵法所需的繁琐计算，结果清晰明了，进而给出了测量晶体热焦距的一个简单方法。在该理论的指导下，设计了符合试验条件的谐振腔参量，并进行了实验研究，测量了激光二极管端面抽运的Nd：YVO4激光器的热焦距和光斑模式，当抽运功率23W时获得了稳定的10W准基模连续输出，实验结果与理论符合得很好。     

基于热键合技术的Cr~(4+):YAG被动调Q固体激光器实验研究

为获得一体化ns脉冲固体激光器,设计了一种Cr4+∶YAG被动调Q的激光器,将Cr4+∶YAG和Nd∶YAG热键合到一起,并在两端直接镀膜构成F-P激光腔。实验中用光纤耦合的激光二极管端面泵浦激光晶体,实现准连续的激光脉冲输出。针对实验中存在的热透镜效应,设计了一散热片,并对风吹和散热片的实验结果进行了对比。实验证实了设计的可行性,并实现了激光器的稳定运转。     

高效外腔倍频产生426 nm激光的实验研究

利用与铯原子吸收线对应的852 nm半导体激光作为基频光,泵浦基于周期极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体的环形腔,进行高效外腔谐振倍频并产生426 nm激光.在理论分析小角度环形腔内的热透镜效应基础上,发现晶体中等效热透镜中心位置并非在晶体的几何中心.在理论分析的基础上,实验上通过精密平移台精细调节PPKTP晶体在腔内位置,使得等效热透镜中心位置与谐振腔的腰斑位置重合,进而减小晶体热透镜效应导致的模式失配对倍频效率的影响.在泵浦功率为515 mW时产生了428 mW的426 nm激光输出,对应的倍频转换效率为83.1%.此高效倍频过程为制备与铯原子吸收线相匹配的非经典光场提供有效泵浦光,为推动量子非经典光场的应用以及量子信息科学的发展奠定基础.     

低功率激光热透镜效应的模拟及研究

与高功率激光相比,低功率激光更安全,其热透镜效应对激光功率变化更敏感,更适合用于实验教学.本文利用有限元法模拟低功率激光的热透镜效应,模拟介质温度场和等效热透镜焦距,定量探究低功率激光热透镜焦距与激光功率以及介质热吸收率、厚度的关系.模拟结果与实验数据符合良好,为探究低功率激光热透镜效应实验提供理论依据.     

200 W双谐振腔组合单向输出准连续绿光激光器

研究了最大平均输出功率达206 W的高功率准连续绿光激光器.利用ABCD定律及高斯光束在腔内的自再现条件,分析了激光晶体热透镜效应及热致双折射效应对谐振腔稳定性和输出光束质量的影响.实验中将两个型号相同的LD侧面泵浦激光模块分别置于一个平-凹V型谐振腔和一个平-凹直腔内,形成两束稳定运转的1 064 nm基频光,经过声光Q开关和倍频晶体后,产生两束倍频光,均到达平面折叠镜,最终由平面折叠镜单向重叠输出.当激光模块的泵浦电流为50 A,声光调Q的重复频率为22.4 kHz时,最大平均输出功率为206 W,最大单脉冲能量为9.2 mJ,脉冲宽度为201 ns,峰值功率为45.8 kW的532 nm绿光输出,倍频效率达到60.2%.激光器2 h工作的功率不稳定度优于2.5%.