自调Q光纤激光器的理论分析和数值模拟

基于自调Q光纤激光器的基本理论,结合速率方程理论与自调Q特点,借助简化的环形腔掺Er3+光纤激光器模型,分析了泵浦功率与自调Q脉冲周期、峰值功率的关系.随着泵浦功率的增加,光纤激光器自调Q脉冲的周期减小,峰值功率变大;当信号光强足够大时,激光器的自调Q现象消失,变为准连续激光输出.通过MATLAB编程对光纤激光器输出特性进行了数值模拟,模拟结果与实验结果基本相符.     

激光二极管抽运Cr4+:Nd3+:YAG自锁模自调Q激光器

采用光纤耦合半导体激光抽运,实现了Cr4+:Nd3+:YAG自锁模自调Q激光器1.06üm激光输出.当抽运功率超过阈值2.83 W时,激光器便运转在调Q锁模状态,其锁模调制深度达到80%以上.当抽运功率最大为5.72 W时,平均输出功率为233 mW,相应调Q包络的单脉冲能量为16.5üJ,调Q包络的脉冲宽度大约为120 ns.调Q包络中锁模脉冲之间的间隔为2.8 ns,这与光子在谐振腔内的往返时间相一致,对应的重复率为357 MHz,锁模脉冲宽度估计为560 ps.利用双曲正割函数,考虑腔内光子数密度的空间高斯分布、增益介质的受激辐射寿命和饱和吸收体的激发态寿命对激光特性的影响,建立了描述Cr4+:Nd3+:YAG晶体自调Q自锁模动力学过程的速率方程组.数值求解该方程组,与实验结果符合较好.     

自调Q、自锁模铒/镱共掺光纤激光器

研究了结构新颖的环形腔铒/镱（Er/Yb）共掺双包层光纤激光器.为了获得高功率激光输出,使用6个激光二极管（LD）同时抽运Er/Yb共掺光纤,采用光纤光栅（FBG）Sagnac环作为波长选择器,得到了中心波长为1548.11 nm、谱线宽度为0.06 nm的窄线宽激光输出;并利用增益光纤作为可饱和吸收体,实现了自调Q、自锁模脉冲输出.当抽运功率为719 mW时,激光器输出自调Q脉冲,脉冲周期为20μs,脉冲宽度为2.8μs,脉冲的平均功率为38.4mW,峰值功率为274.3mW;当抽运功率为3.6 W时,激光器输出自锁模脉冲,脉冲宽度为4ns,平均功率为319 mW,脉冲峰值功率大于10 W,重复频率为7.937 MHz.     

二极管泵浦双掺杂YAG微片自调Q激光器

 利用激光二极管泵浦双掺杂YAG微片晶体，在连续泵浦时获得了重复频率为2.78kHz，脉冲宽度为6ns的自调Q激光输出。并通过预泵浦加脉冲调制电流的方法，实现可控重复率的自调Q脉冲输出。与外腔式自调Q微片激光器相比，这种一体化微片激光器具有更高的转换效率、更窄的输出脉冲宽度和更高的重复频率，同时结构更为简单紧凑，易于调整。     

激光二极管端面抽运的棒状Yb：YAG激光器

分析了影响激光二极管抽运Yb：YAG激光器调Q效率的参量，推导了激光二极管端面脉冲抽运Yb：YAG晶体的速率方程，解出了双程抽运情况下的净抽运量子产率。利用数值计算方法，模拟了净抽运量子产率与晶体长度，抽运光脉冲宽度等关系，得出晶体长度的优化可以提高Yb：YAG激光器输出效率。计算了词Q Yb：YAG激光器的最大增益、最大储能，分析了放大自发辐射对于Yb：YAG能量存储的影响。同时给出了激光二极管端面抽运调Q Yb：YAG优化设计方法。这些分析和计算为实际器件的研制提供参考。     

LD抽运Cr4+∶YAG高重复率被动调Q Nd∶YVO4激光器

采用Cr4+∶YAG晶体作为可饱和吸收体，实现连续激光二极管（LD）端面抽运的Nd∶YVO4激光器的高重复率被动调Q.在注入抽运功率为8.8 W时，得到重复频率23.8 kHz、平均功率1.21 W的调Q脉冲序列；每个脉冲能量为51 μJ、脉宽为25 ns、峰值功率达到2.03 kW.实验上研究了脉冲重复频率、平均输出功率、脉冲宽度、单脉冲能量与抽运功率、输出镜透过率的关系.实验结果表明，当抽运功率较大时，脉冲重复频率和输出平均功率随着抽运功率的增加而减小，对此进行了合理的理论解释.     

瓦级激光二极管端面抽运351nm紫外激光器

研制了输出功率达瓦级的351 nm准连续紫外激光器。激光器采用激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YLF晶体和声光调Q技术,实现了1 053 nm准连续基波振荡。在结构简单的V型腔中,两块Li B3O5(LBO)晶体对基频光进行二倍频和三倍频,获得了高功率351 nm准连续紫外激光输出。在LD抽运功率为14 W、声光调Q激光器的调制频率为1 k Hz的工作条件下,得到351 nm紫外激光平均输出功率为1.12 W、脉冲宽度为34 ns、单脉冲能量为1.12 m J、峰值功率达32.94 k W。LD抽运光到351 nm紫外激光的光-光转换效率达到8%,电光效率为3.4%,光束质量良好。     

激光二极管抽运Tm,Ho:YLF晶体声光调Q激光器

对激光二极管端面抽运Tm,Ho：YLF晶体声光调Q激光器的激光特性进行了研究。根据粒子跃迁和能量传递过程,在考虑能级传递上转换的前提下,建立了Tm,Ho：YLF脉冲激光器的速率方程,得到了初始反转粒子数的解析表达式,分析了能量传递上转换效应对激光上能级反转粒子数的影响。在室温下实现了2μm波长激光的脉冲输出。实验上给出并分析了Tm,Ho：YLF脉冲激光器的平均输出功率、单脉冲能量和脉冲宽度随抽运功率以及声光Q开关调制频率的变化关系。在抽运功率为2．8W．重复频率为9kHz时,获得了平均输出功率为189mW的激光脉冲,光-光转换效率为6．8％。在重复频率为1kHz时,得到最大单脉冲能量为65μJ,峰值功率为0．17kW。     

LD抽运Nd∶YVO4自喇曼倍频黄光激光器

报道了LD抽运的自喇曼c切Nd∶YVO4调Q腔内倍频黄光激光器.Nd∶YVO4晶体同时作为激光介质和喇曼晶体，通过声光调Q技术，产生了1 178.7 nm的喇曼激光，经过KTP腔内倍频，输出589.4 nm黄光.测量了平均输出功率随抽运功率和脉冲重复率的变化.典型的1 066.7 nm基频光、1 178.7 nm喇曼光和589.4 nm倍频光的脉冲宽度分别为24.9 ns、11.2 ns和6.8 ns.在脉冲重复率为15 kHz，抽运功率为7.56W时，产生了平均功率为151 mW的589.4 nm光的输出.     

自调Q甲烷喇曼激光器

介绍甲烷喇曼激光器的自调Q现象,并给出自调Q甲烷喇曼激光器有关特性的实验结果。实验中获得了单脉冲能量为4.9mJ、脉宽为6ns的1.54μm激光输出。     

Laser performance of monolithic Cr,Nd:YAG self-Q-switched laser

The self-Q-switched laser performance of monolithic Cr⁴⁺,Nd³⁺:YAG concave-planar resonator with 5-mm length was studied experimentally and theoretically. The slope efficiency is as high as 24% and pump threshold is as low as 64 mW. The pulse width, the single pulse energy and the pulse repetition rate of monolithic Cr,Nd:YAG self-Q-switched laser were measured as a function of absorbed pump power. With the increase of pump power, the pulse width decreases and the pulse energy and the pulse repetition rate increase. The average output power of 91 mW with pulse width of 7 ns at repletion rate of 35.5 kHz was obtained at the maximum absorbed pump power of 440 mW, the peak power is as high as 370 W. The theoretical prediction of pulse energy, pulse width and pulse repetition rate as a function of absorbed pump power based on rate equations is in a good agreement with our experimental data. This can lead to develop the diode laser-pumped monolithic self-Q-switched solid-state microchip lasers.     

大功率LD抽运的Cr^4＋：YAG被动调Q Nd：YVO4激光器

在LD端面抽运的Nd：YVO4激光器中插入Cr^4＋：YAG晶体,获得了稳定的1．06μm波长的高重复率被动调Q脉冲激光输出。实验研究了抽运功率、腔长、输出镜透过率对输出功率的影响,以及不同抽运功率下脉冲重复频率和脉冲宽度的变化,并对结果进行了理论分析。当腔长为8cm,抽运功率为27W时,得到重复率37．8kHz、平均功率3．5W的调Q脉冲序列;单个脉冲能量为93μJ、脉宽为24ns、峰值功率为3．9kW。     

Flash-Lamp-Pumped Acousto-Optic Q-switched Cr-Tm:YAG Laser

High-power Q-switched solid-state lasers operating at 2 μm wavelength are needed for many applications. Using flash-lamp pumping, we developed an acousto-optic Q-switched Cr-Tm:YAG laser and realized single transverse mode oscillation with a maximum pulse energy exceeding 0.8 J when the repetition frequency was 1 Hz. The pulse width and the corresponding peak power were 135 ns and 5.9 MW, respectively. To our knowledge, this is the highest output power of AO-Q-switched Cr-Tm:YAG lasers have ever reported.     

连续激光二极管抽运的调Q高重复率Nd:YAG激光器研究

报道了由１５Ｗ连续激光二极管端面抽运的Ｎｄ：ＹＡＧ激光器,自由运转时输出功率达到４．５Ｗ,斜效率达到４４％,声光调Ｑ的重复率由３～６５ｋＨｚ可变。１０ｋＨｚ时,峰值功率达到２８ｋＷ,脉宽８ｎｓ。还分析了激光二极管抽运的声光调Ｑ高重复率激光器设计中的几个重要因素。从理论上分析了不同频率时激光单脉冲能量、斜效率产生区别的主要原因。     

高效率599 nm Ba(NO3)2外腔喇曼激光器

橘黄色波段固体激光器在基于荧光探测的生物医学诊断和显示等众多方面有着广泛的实际应用. 报道了利用532 nm的Nd∶YAG倍频激光抽运外置喇曼腔内的硝酸钡晶体,获得高效率的599 nm橘黄色喇曼激光的实验结果.对外置喇曼腔实验装置和运转参量进行了优化,喇曼振荡腔由对二阶斯托克斯光有最优化反射率的腔镜构成,对实验中所得到的二阶斯托克斯喇曼激光脉宽压缩及出现双尖峰的现象进行了分析.当抽运光功率达到4.1 W时,获得二阶斯托克斯喇曼激光功率为710 mW,输出光中心波长为599.38 nm,半峰全宽（FWHM）为1.1 nm,激光器最大光光转换效率为17.5%,斜率效率为24.8%.     

高效LD侧面泵浦腔外倍频绿光激光器

为满足激光加工、激光彩色显示、数据存储、医疗卫生和科研等领域对绿光激光器的需要,研制了一台高倍频效率、窄脉宽侧面泵浦腔外倍频的YAG/LBO绿光激光器。分析并计算了腔外最佳聚焦参数,确定了透镜的最佳聚焦焦距。实验中,利用808nm激光二极管侧面泵浦Nd:YAG晶体,使用BBO晶体进行加压式调Q,采用四分之一波片补偿Nd:YAG晶体的热退偏,最终实现了重复频率1kHz、输出功率10.7W的1 064nm输出,最大单脉冲能量为10.7mJ。在此基础上,采用Ⅰ类温度相位匹配LBO晶体对基频光进行腔外倍频,获得了重复频率1kHz、脉宽21ns、最大输出功率6.04W的532nm准连续绿光输出,倍频效率高达59.3%。     

激光二极管抽运Tm,Ho∶YLF晶体声光调Q激光器

对激光二极管端面抽运Tm,Ho∶YLF晶体声光调Q激光器的激光特性进行了研究。根据粒子跃迁和能量传递过程,在考虑能级传递上转换的前提下,建立了Tm,Ho∶YLF脉冲激光器的速率方程,得到了初始反转粒子数的解析表达式,分析了能量传递上转换效应对激光上能级反转粒子数的影响。在室温下实现了2 μm波长激光的脉冲输出。实验上给出并分析了Tm,Ho∶YLF脉冲激光器的平均输出功率、单脉冲能量和脉冲宽度随抽运功率以及声光Q开关调制频率的变化关系。在抽运功率为2.8 W,重复频率为9 kHz时,获得了平均输出功率为189 mW的激光脉冲,光光转换效率为6.8%。在重复频率为1 kHz时,得到最大单脉冲能量为65 μJ,峰值功率为0.17 kW。     

一种基于增益调制技术的全光纤化脉冲Yb光纤激光器

以波长为975 nm的半导体激光器作为泵浦源,周期性地脉冲泵浦一个包含Yb掺杂光纤和光纤光栅对的Yb光纤激光器,实现了基于增益调制技术的全光纤化高功率Yb光纤激光器的稳定脉冲输出.在50 kHz重频下,采用20 W的泵浦功率和2.4 μs的泵浦脉冲宽度,获得了1 060 nm波长脉冲宽度仅100 ns的稳定脉冲激光输出,单脉冲激光能量约为20 μJ.以此作为脉冲激光种子进行功率放大,获得了性能稳定的全光纤结构高功率脉冲激光输出,放大后单脉冲能量超过200 μJ,激光放大器斜率效率达到60%.     

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.