室温Er:YAG级联脉冲激光器的实验探究

报道了室温下级联中红外Er:YAG脉冲激光器。通过实验观测到级联发射的特征波长为1469 nm,确定了激发态吸收的特征波长为1676 nm。采用掺杂浓度(原子数分数)分别为7.5%和10%的两种Er:YAG晶体,通过实验对比了级联与非级联条件下的中红外输出能量。掺杂浓度为7.5%的Er:YAG中红外激光的最大单脉冲能量由非级联时的0.62 m J提高至级联时的0.99 m J,提高了约59.7%;掺杂浓度为10%的Er:YAG中红外激光的最大单脉冲能量由非级联时的1.04 m J提高至级联时的1.51 m J,提高了约45.2%。实验结果表明,常温低掺杂Er:YAG晶体可实现级联输出,并且级联有助于中红外激光单脉冲能量的提高。     

2.94 μm LiNbO3声光调Q Er:YAG激光输出脉冲特性

2.94 μm纳秒铒激光是宽调谐中红外激光和临床医疗研究中重要的固体激光源.本文研制了新型LiNbO₃声光调Q Er:YAG激光器,研究了20 Hz重复频率下不同调Q延迟时间和耦合腔镜反射率对激光输出脉冲特性的影响规律.根据测量激光器的热透镜焦距设计了凹凸谐振腔补偿热透镜效应,获得了激光单脉冲能量为34.68 mJ、脉冲宽度为119.9 ns的调Q输出,相应的峰值功率为289.24 kW,与平平腔相比输出能量提高了2.09倍.据我们所知,这是目前声光调Q Er:YAG激光器中获得的最高能量,可为进一步研究宽调谐中红外激光技术提供新的手段.     

LD泵浦的被动调QYb:YAG薄片激光器实验研究

采用中心波长为940nm的激光二极管泵浦,实现了Yb:YAG薄片的Cr4+:YAG被动调Q激光输出.Yb:YAG薄片掺杂Yb3+离子浓度为10%,厚度为500μm.理论上计算了Yb:YAG薄片在直接水冷方式与不同厚度SiC冷却方式下的温度分布.实验中采用厚度800μm的SiC冷却方式,获得了最高功率2.8 W的1 030nm连续激光输出,输出功率相比直接水冷方式提高了40%.通过Degnan理论优化了被动调Q晶体Cr4+:YAG的初始透过率和输出耦合镜,采用初始透过率为93%的Cr4+:YAG晶体和透过率为10%的输出耦合镜,在800μm SiC冷却方式下,获得了平均输出功率1.95 W、单脉冲能量1.2mJ、脉冲宽度74ns、重复频率1.6kHz的稳定调Q脉冲输出,斜效率为18.1%.光束质量因子M2x=1.622,M2y=1.616.     

双掺Nd:Ce:YAG晶体激光输出特性

 为提高固体激光器的能量利用率,增大输出能量,将双掺Nd:Ce:YAG晶体的输出特性与普通Nd:YAG晶体进行了对比研究。分析了Nd³⁺和Ce³⁺的吸收光谱对激光晶体初始阈值反转粒子数的影响,结果显示:双掺Nd:Ce:YAG晶体可以提高晶体对泵浦光能量的利用率及激光器的输出能量,且可降低阈值泵浦能量。并分别检测了Nd:Ce:YAG激光晶体与Nd:YAG晶体的输出激光能量和阈值泵浦能量,实验结果表明：在输入电压为750 V时,Nd:Ce:YAG晶体与Nd:YAG晶体的输出能量分别为651.5 mJ 和390.4 mJ,能量利用率分别为2.31%和1.38%,激光振荡需要的泵浦能量阈值分别为10.56 mJ和15.21 mJ,且普通Nd:YAG晶体的斜效率为0.36%,而双掺Nd:Ce:YAG晶体的为0.49% 。     

Nd:YAG调Q激光器下能级寿命对激光脉冲性能的影响

在对Nd:YAG调Q激光器进行分析和设计时,研究人员通常选择忽略激光下能级寿命对脉冲波形的影响。当激光脉宽远大于激光下能级寿命时,这种近似一般不会带来太大偏差;而当脉宽达到纳秒量级时,Nd:YAG晶体约30 ns的下能级寿命对脉冲波形的影响会变得非常严重。建立了Nd:YAG下能级寿命对输出脉冲波形影响的理论分析模型,并对窄脉宽的Nd:YAG调Q激光器的输出波形进行仿真研究。研究结果表明,在窄脉宽激光输出情形下,激光下能级寿命会导致调Q脉冲在主峰后出现尾峰,尾峰能量可达主峰能量的一倍以上。同时建立了Nd:YAG声光调Q激光器实验系统,在与仿真计算近似的条件下测量调Q脉冲波形,观察到与仿真结果一致的尾峰现象,实验验证了理论模型的正确性。     

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。     

主控抽运被动调Q激光器和输出特性

对脉冲抽运与增益预抽运的微腔Cr4+:YAG/Nd:YAG被动调Q激光器的稳定性进行了理论和实验研究。结果表明在抽运时抽运脉宽和重复率较大的情况下,输出激光脉冲相对于抽运脉冲抖动范围明显加大。针对此情况,采用压缩抽运脉宽和降低重复率的方法获得了波长为1.06 μm、脉宽为3.8 ns、单脉冲能量为65 μJ、相对抽运脉冲的抖动范围小于0.8 μs的激光输出。同时分析了增益预抽运的优势和缺点。     

Nd:YAG/Cr~(4+):YAG/YAG键合晶体调Q激光输出特性研究

对激光二极管端面抽运Nd:YAG/Cr~(4+):YAG/YAG键合晶体的1 064nm被动调Q激光性能进行了研究.对比分析了Cr~(4+):YAG晶体初始透过率分别为84.9%和90.6%的调Q激光输出特性,以及不同耦合输出镜透过率对调Q性能的影响.结果表明,在特定抽运功率下,各输出特性参数的优化(高输出功率,高重复频率,窄脉冲宽度)分别对应一个最佳的输出镜透过率;随着抽运功率增加,对应最佳的输出镜透过率越大.对比两种初始透过率的Cr~(4+):YAG晶体对应的激光输出特性,84.9%初始透过率的晶体获得相对较低的平均输出功率,但相应的重复频率较小,脉冲宽度窄,使得调Q激光的峰值功率明显提高.采用30%透过率的耦合输出镜和10.4 W入射抽运功率下,获得了3.2 W平均输出功率、9.7ns脉冲宽度和52kHz重复频率的激光输出,经计算可知峰值功率达6.3kW.     

覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳

飞秒光学频率梳波长覆盖范围向可见光波长扩展对于碘稳频激光的绝对频率测量以及光钟研究中钟激光的绝对频率测量都具有十分重要的意义. 本文在自行研制掺Er光纤飞秒光学频率梳的基础上, 采用放大-倍频-扩谱的方案, 实现了激光输出波长向可见光波长的扩展. 掺Er光纤飞秒光学频率梳输出的一部分光激光脉冲, 功率约为8 mW, 首先经掺Er光纤放大器将功率提高到531 mW, 此后利用MgO: PPLN晶体倍频, 倍频后激光的功率为170 mW, 倍频效率为32%, 脉冲宽度为85 fs. 倍频后的激光通过光子晶体光纤进行光谱展宽. 通过优化入射光偏振状态可以实现波长覆盖500-1000 nm, 输出功率为85 mW, 耦合效率为50%. 采用小型化碘稳频532 nm Nd: YAG激光器输出激光与光学频率梳光谱展宽后的激光进行拍频可以获得30 dB的拍频信号. 覆盖可见光波长的掺Er光纤飞秒光学频率梳为可见光范围内激光的绝对频率测量提供了技术手段.     

LD泵浦被动调Q-Yb3+∶YAG微晶片激光器的优化设计

从速率方程出发,理论分析了泵浦功率、输出镜反射率、Cr4+∶YAG的初始透过率和长度、Yb3+∶YAG的长度对调Q激光器的重复频率、脉冲宽度、平均输出功率、峰值功率、输出脉冲能量和单脉冲能量利用率的影响。依据理论结果设计了一个窄脉冲宽度、高峰值功率和脉冲能量的被动调Q-Yb3+∶YAG微晶片激光器。该激光器的脉冲宽度Δt=199 ps,峰值功率P m=1.04 MW,输出脉冲能量E=0.21 mJ。     

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.     

Yb3+,Er3+:YAG透明陶瓷的制备和1.5 μm波段光谱性能研究

采用固相法和真空烧结技术制备了5at%Yb3+,2at%Er3+:YAG透明陶瓷.在1760 ℃真空烧结30 h后, 陶瓷样品具有较高透过率.SEM观察表明制备的透明陶瓷在晶粒和晶界处无气孔、第二相的存在.样品的吸收光谱和荧光光谱的测试结果表明: Yb3+在940 nm波长处有具有较强的吸收系数.样品在1030 nm波长的荧光寿命仅为0.274 ms,以及在1.5 μm波段的荧光衰减寿命曲线中,初始的荧光强度呈上升趋势,这些表明了Yb,Er:YAG陶瓷中的Yb3+→Er3+离子间存在能量转移.利用Judd-Ofelt理论拟合出Er3+的强度参数Ωλ,计算出了各能级跃迁寿命和积分发射截面等参数. Er3+离子在1.5 μm波段的光谱参数(发射截面和荧光寿命)的理论结果与实验结果符合较好.比较了Yb,Er:YAG透明陶瓷各能级跃迁的光谱参数, 1.5 μm波段对应的4 I13/2→4 I15/2能级跃迁较其他能级跃迁具有较大的发射截面、荧光分支比和上能级寿命,证明了 Er,Yb:YAG 透明陶瓷实现在1.5 μm人眼安全波段激光输出的可行性.     

Ho∶YAG激光泵浦的磷锗锌光参量振荡器

介绍了由Ho∶YAG声光调Q激光器输出2.1μm激光脉冲泵浦ZGP光参量振荡器。利用1.9μm激光器作为Ho∶YAG激光器的泵浦源,调Q重复频率为15kHz时,激光器输出功率21.5 W单一波长窄线宽激光。由Ho∶YAG激光器泵浦ZGP-OPO,最大输出中波红外激光8.85 W,激光脉冲宽度14.5ns,激光器输出斜效率高达80.9%。该激光器在气体检测及光电对抗等领域有广泛的应用前景。     

LD端面泵浦腔内倍频Yb:YAG绿光激光器

报道了一种激光二极管(LD)端面泵浦10at%掺杂Yb:YAG激光晶体(4×4×1mm)和Ⅰ类临界相位匹配LBO的腔内倍频全固态绿光激光器.为了克服"绿光问题",采用了两个激光二极管偏振耦合系统.在双路泵浦功率为1.2W时,获得最高功率为40mW525nm的连续基模激光输出.在腔内插入Cr4+:YAG饱和吸收体被动调Q,在泵浦功率为1.2W时,可以获得平均功率为5.2mW,脉冲重复频率为2.44kHz,脉冲宽度为51.5ns,峰值功率为41.7W的515nm脉冲激光输出.输出波长发生变化,而且515nm脉冲激光输出的阈值仅为728mW.     

LD预泵浦条件与Cr4+,Nd3+:YAG微片激光器的输出特性

 建立了LD预泵浦的被动调Q平平腔Cr⁴⁺,Nd³⁺:YAG微片激光器模型,分析了预泵浦参数与激光脉冲时间特性的关系,设计了LD预泵浦的Cr⁴⁺,Nd³⁺:YAG微片激光器实验,测量了不同预泵浦参数下激光单脉冲以及脉冲序列的时间特性。实验结果与数值计算结果基本符合：调节预泵浦参数使每个泵浦脉冲刚好对应输出单个激光脉冲时,固定脉冲泵浦宽度,脉冲泵浦速率随连续泵浦速率的增加呈一次函数减小;固定连续泵浦速率,脉冲泵浦速率随脉冲泵浦宽度的增加呈非线性函数减小。结果还表明,激光脉冲半高全宽随整体泵浦速率的增加而减小,峰值功率随整体泵浦速率的增加而增加;当整体泵浦速率在阈值附近变动时,激光单脉冲时间特性的变化最为明显。     

Cr4+:YAG被动调Q激光器输出特性

采用理论与实验相结合的方法研究了激光二极管阵列泵浦的Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG激光器的输出特性.重点分析了调Q晶体小信号透过率和反射镜的反射率对激光器的输出能量、脉冲宽度的影响.对数值模拟结果进行了实验验证,数值计算与实验结果基本一致.研究结果表明,在特定的激光晶体参数下,Cr4+:YAG被动调Q激光器的输出能量与脉冲宽度由调Q晶体的小信号透过率和输出镜的反射率决定:输出能量随着小信号透过率增加而减小,对应于一个调Q晶体透过率,有一个最佳反射率使输出能量最大;脉冲宽度随着初始透过率与反射率的增大而增大.     

对撞增强型YAG相位共轭腔

降低SBS相位共轭腔的启动阈值以及如何提高输出光束的质量一直是人们关心的课题。报道了在YAG激光器上运行一种新型对撞增强型YAG受激布里渊散射相位共轭激光腔的输出特性。该腔具有较低的启动阈值和较高的输出能量;该腔型最高能输出150mJ的能量,输出脉宽最窄为11ns,光束发散角为1.3mrad,输出能量和光束质量都很优良。     

千赫重复率固体激光器可行性实验结果

本文介绍用Nd:YAG激光器进行输出千赫重复率激光脉冲可行性判断实验结果。间歇输出激光脉冲的指标为:重复率f=1700pps。激光能量E_L>100mJ/pulse。     

微微秒叶绿素染料激光器的研究

本文报道用一台对撞脉冲锁模Nd:YAG激光器的三倍频光作为泵浦光源,采用超短腔结构,获得叶绿素的红色ps脉冲激光输出的装置和实验结果。研究了叶绿素a和b在各种聚合状态下输出激光波长随染料浓度的变化关系,当叶绿素a-乙醇溶液浓度为2×10~(-3)M,激光腔长<36μm时可获得单模调谐ps系列脉冲输出,激光束的发散角≈60mrad。     

掺Er3+飞秒光纤放大器的特性研究

依据二能级速率方程和光传输方程,理论计算了Er3+光纤放大器中Er3+光纤的最佳长度Lc. 以全光纤飞秒激光器输出的孤子脉冲作为种子源,以理论值Lc作为实际采用的光纤长度,实验测量了Er3+光纤放大器在同向泵浦和反向泵浦下信号光的输出功率,得到同向泵浦的增益为20.0dB, 反向泵浦的增益为20.2 dB.同时测量了脉冲宽度随泵浦功率的变化,实验结果表明,随着泵浦功率的增大,输出光脉冲的宽度的压缩效应经历逐渐增强后逐渐减弱的过程.在同向泵浦方式下,可以得到更短的输出脉宽,其最短脉冲宽度为260 fs.