太阳光直接泵浦固体激光器研究进展

太阳光直接泵浦固体激光器相对于传统二极管泵浦激光器具有能耗低、效率高等优势,在大气传感、深空通信及国防安全等重要领域具有极大的应用潜力,战略意义重大.本文综述了太阳光直接泵浦固体激光器的阳光收集光学系统、增益介质及泵浦系统设计的国内外研究进展,揭示了其与激光输出质量及光转化效率提升的定向关联.提出在太阳光直接泵浦固体激...     

二极管激光器泵浦的固体激光器

本文简要介绍了二极管激光器泵浦的固体激光器的结构、优越性、研究现状以及发展前景，     

用于种子注入的微型二极管泵浦激光器

设计了一种用于种子注入的微型二极管泵浦激光器,并从LD泵浦固体激光器优化设计原则出发,对种子激光器的增益介质、耦合系统、谐振腔进行了优化设计.实验研究表明,该激光器运转稳定,输出光束质量高,光束发散角小,输出功率可达80 mW,可满足种子激光的要求.     

高功率半导体泵浦固体激光器输出特性的研究

通过实验详细测量了水温、工作电流对二极管激光器发射波长的影响;采用光线追踪法模拟计算出在不同泵浦参数下半导体泵浦光在NdYAG棒内的分布情况,得到了圆周上泵浦模块的个数,泵浦光发散角等因素对泵浦光分布均匀性的影响.采用直接泵浦方式,分别设计了二种不同功率水平的半导体泵浦的NdYAG固体激光器聚光腔,得到了170和800 W的输出功率,并对激光器的输出特性进行详细测量,最大光-光转换效率达37%,电-光转换效率约为16%.     

高功率二极管列阵泵浦固体激光泵浦耦合优化设计

 高功率二极管阵列泵浦固体激光系统的核心在于泵浦耦合技术,泵浦耦合直接决定了系统的成本、增益能力、增益均匀性、泵浦引发动态波前畸变和泵浦引发动态光束漂移等关键问题。通过对用于高功率二极管列阵泵浦固体激光系统泵浦耦合优化设计的3维光线追迹方法的研究,从二极管发光远场属性出发,建立其理论计算模型,对高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器的一种新型耦合方式——二极管列阵拟球面排列、空心镀银导管耦合进行了优化设计,并开展了泵浦耦合效率、泵浦场均匀性、泵浦场传输性等实验研究,实现了72%耦合效率、5 mm内80%传输效率的均匀平顶泵浦耦合场输出,理论计算与实验结果符合较好。     

二极管泵浦Nd:YAG圆片激光技术研究

介绍了热容激光技术的发展历史及现状,介绍了固体激光器热容方式工作的基本原理,报道了二极管泵浦NdYAG圆片激光器热容方式工作的实验结果.用热像仪测量了激光器工作时增益介质通光面上的温度分布特性;采用干涉测量的方法测量了工作中的增益介质的与光束传输方向相垂直的方向上的折射率分布特性;结果表明片状固体增益介质热容方式工作对振荡光束波前畸变影响很小.给出了与光束传输方向相垂直的截面上增益介质的荧光分布.得到输出平均功率达47.5 W,此时的光-光转换效率为17%.     

二极管泵浦准三能级板条固体激光器的优化设计

基于最大激光增益条件，分析和优化了二极管泵浦准三能级Yb∶YAG固体板条激光器的激光增益、板条的最佳光学长度和最佳宽度参数。结果表明：在低功率侧面泵浦条件下，板条增益介质的掺杂浓度和板条宽度满足一定的关系，这为研究该类激光器提供了一条有效途径，其结果可应用于其他准三能级固体激光器设计。     

用于较大泵浦尺寸半导体泵浦固体激光器的一种特殊腔型

提出一种泵浦固体激光器的特殊腔型,解决了当功率较大时泵浦尺寸较大使得泵浦光斑与激光光斑不匹配的问题,并从激光腔理论和速率方程理论两方面通过数值计算验证了该腔型的优越性.同时对LD泵浦固体激光器以及倍频的设计提出了几条普适原则.     

LDA侧面泵浦固体激光器泵浦结构参数优化

为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型,研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算,优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数,优化后的仿真结果表明:在泵浦距离为2 mm条件下,晶体直径为4 mm,玻璃管套筒厚度为1 mm,冷却水层厚度为1 mm时,泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%,在晶体轴心附近分布比较均匀,且均匀分布区域相对较大。     

二极管泵浦克尔透镜锁模Nd:YLF激光器

本文报道利用非线性光学玻璃SF57实现了二极管泵浦Nd:YLF激光器自启动克尔透镜锁模.现有二极管(LD)泵浦的固体激光器大多采用在增益介质的端面镀双色膜作为腔的一个反射镜,我们采用了一个分立的双色镜作为腔的反射镜避免了一系列的热问题.比如:热透镜,热致双折射,热膨胀等.从而改善了激光系统的稳定性,得到1.047μm光脉冲时间半宽为1.5ps,光谱宽度为231GHz,时间带宽积0.347表明脉冲接近变换极限.     

1.1-W cw Cr:LiSAF laser pumped by a 1-cm diode array

We demonstrate 1.1-W cw output power from a diode-laser array-pumped Cr:LiSAF laser based on a concept that allows for pumping low-gain solid-state lasers at reduced temperature rise. We discuss scaling to higher powers as a function of diode power and define a figure of merit for evaluating given diode lasers as pump sources for low-gain solid-state lasers.     

强磁场下Cs原子超精细塞曼能级上的光泵浦研究

强磁场中的Ｃｓ原子有较大的超精细塞曼分裂，实验用频率可调谐的窄线宽半导体激光调谐到各超精细塞曼能级上进行光泵浦，利用稳态吸收谱方法研究了原子的光泵浦。表明基态超精细相互作用的碰撞修正项导致的驰豫跃迁是谱形状和电子自旋极化新特征的根缘。同时提出了强场下极化度的一种测量方法。     

不同泵浦光下Nd:GdVO4晶体输出特性

为研究808 nm和879 nm两种泵浦光对Nd:GdVO4晶体激光输出特性的影响,并比较两种不同波长泵浦所得连续输出光的效率高低,分析了Nd:GdVO4晶体的能级结构和两种泵浦光作用下的激光输出特性,发现在879 nm也有较强的吸收峰.用808 nm和879 nm两种不同波长泵浦Nd:GdVO4晶体的过程是不同的,808 nm泵浦是一种间接方式能量转移的过程,在此过程中有明显的热负载产生.而879 nm泵浦是将粒子直接激励到激光辐射上能级,降低无辐射弛豫过程产生的热量.从理论上可知,879 nm的泵浦量子效率要高于808 nm的泵浦量子效率,对减少晶体的热产生有很强的优势.实验中采用激光二极管端面泵浦Nd:GdVO4晶体直腔方案,研究了两种不同泵浦光泵浦Nd:GdVO4晶体以获得1 063 nm的连续光,得到了两种光抽运时的斜效率,发现在同样实验条件下,879 nm泵浦的输出光斜效率在小功率泵浦时略高于808 nm|而在大功率泵浦的情况下明显高于808 nm,最高达到38%.同时,在808 nm抽运时,实验上获得了1 341 nm波长的激光,为光通讯的应用提供了一种光源.     

高功率双包层光纤激光器抽运技术的方案分析

介绍了高功率光纤放大器双包层光纤的结构特点和双包层抽运的基本原理,在此基础上对高功率双包层光纤激光器的抽运关键技术作了分析,详细讨论了端面抽运技术、熔锥侧面抽运技术、内嵌反射镜抽运技术、角度抛光侧面抽运技术和V形槽侧面抽运技术等多种侧面抽运技术的结构及系统性能参数,并对各种侧面抽运技术的优缺点作了比较分析.研究结果表明,侧面抽运比端面抽运更有利于获得高功率激光输出,而在侧面抽运技术中则以V形槽侧面抽运技术为佳.     

Yb离子抽运动力学及脉冲储能特性研究

从准三能级Yb离子的能级结构出发，建立了Yb离子的抽运和激光速率方程，结合解析和数值方法，研究了Yb激光介质的抽运动力学过程，包括抽运激发效率、最低抽运强度、激光能量提取效率等关键参数.比较了三类典型的Yb激光介质性能：Yb:S-FAP,Yb:YAG以及Yb:FP-glass.以放大自发辐射(ASE)为设计判据，重点研究了脉冲储能型Yb激光器的设计准则，包括增益介质的厚度与掺杂浓度.最后利用此模型给出了基于Yb:S-FAP以及Yb:YAG的100J级二极管抽运固体激光器(DPSSL)的总体设计参数.将对基于Yb激光介质的脉冲储能型DPSSL的设计提供有益的参考. 关键词： Yb离子 速率方程 抽运动力学 二极管抽运固体激光器     

Experimental determination of effective stimulated emission cross-section in a diode pumped Nd:YVO4 micro-laser at 1064 nm with various doping concentrations

A practical method is described and used for determination of the effective stimulated emission cross-section (σ_e) in an operating diode pumped Nd:YVO₄ micro-laser at 1064 nm with various doping concentrations. In this method a micro-laser is formed by keeping a small piece of the sample in a plane–plane resonator under semi-monolithic configuration and a fiber coupled diode laser (808 nm) was used for pumping. The pump power induced thermal lensing effect was used to make the cavity stable. In thermally stabilized solid-state lasers the cavity parameters change dynamically with the pump power and hence the overlap integrals become a function of the absorbed pump power. In our method the overlap integrals were estimated by measuring the thermal lens focal length at the threshold. The value of σ_e of Nd:YVO₄ crystal with different doping concentrations obtained by this method were in well agreement with the reported values.     

单个激光二极管对称侧向抽运的固体激光器

采用一种半导体激光器侧向抽运的固体激光器新结构，可将一个半导体激光器的输出光分成四部分，从四面对称耦合到激光棒中，从而实现比较均匀的抽运。模拟计算了这种对称抽运结构中激光棒对侧面抽运光的吸收过程，得到了激光棒介质的吸收系数和直径等参量对激光棒内抽运光能量分布均匀性和能量吸收率的影响规律，并在此基础上对相关参量进行了优化。这种方案结构简单紧凑，很容易获得高光束质量的高功率固体激光输出。采用这种抽运结构制成了新颖的激光头，初步实验结果良好，表明该结构确实可行。     

An efficient continuous-wave YVO_4/Nd:YVO_4/YVO_4 self-Raman laser pumped by a wavelength-locked 878.9 nm laser diode

We report an efficient continuous-wave self-Raman laser at 1176 nm based on a 20-mm-long composite YVO_4/Nd:YVO_4/YVO_4 crystal and pumped by a wavelength-locked 878.9 nm diode laser.A maximum output power of 5.3 W is achieved at a pump power of 26 W,corresponding to an optical conversion efficiency of 20%and a slope efficiency of 21%.The Raman threshold for the diode pump power was only 0.92 W.The results reveal that in-band pumping by a wavelength-locked diode laser significantly enhances output power and efficiency of self-Raman lasers by virtue of improved pump absorption and relieved thermal loading.     

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。     

Modeling the cw lasing regime for diode-pumped solid state lasers

In terms of a system of balance equations, we propose a model for describing the operation of lasers based on solid-state quasi-three-level active media in the cw lasing regime with longitudinal pumping by emission from diode lasers, taking into account the spatial distribution of the pump and lasing light beams. We model the operation of lasers based on the active crystals Yb³⁺:NaLa(MoO₄)₂ and Yb³⁺:YVO₄, taking into account the proposed spatial distribution function of the intensity and the emission spectrum of the pump. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 74, No. 1, pp. 55–60, January–February, 2007.