用于空间碎片探测的百赫兹3.31 J高光束质量全固态Nd:YAG激光器

基于激光二极管侧面抽运棒状放大器的方式,研制了一台应用于空间碎片探测的高重复频率、高光束质量焦耳级的Nd:YAG纳秒激光器.激光器采用主振荡功率放大的结构,主要包括单纵模种子、预放大单元、受激布里渊散射相位共辄光束控制单元和能量提取单元四部分.在能量提取单元,为了减小热效应对光束质量的影响,降低了放大器的工作电流,采用了分束-放大-合束的方案.在重复频率100 Hz,单纵模种子注入单脉冲能量10.73μJ的条件下,获得了3.31 J的能量输出.输出激光的脉冲宽度为4,58 ns,远场光束质量为2.12倍衍射极限,能量稳定性(BMS)为0.87%.     

激光二极管抽运的高重频高平均功率Nd:YAG激光器

搭建了一台高重复频率、高峰值功率、高平均功率的激光器. 激光器主要包括三部分: 单纵模光纤种子源、激光二极管阵列抽运的Nd:YAG再生放大器和四程放大器. 系统获得了平均功率11 W、重复频率100 Hz、脉冲能量112 mJ、脉宽500 ps–2 ns可调的激光输出, 工作波长1064 nm. 输出光束口径6.8 mm, 1.5倍衍射极限, 近场光强近平顶分布, 能量稳定性为0.72%. 关键词： 激光二极管抽运 高重复频率 高峰值功率 高平均功率     

400 Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4 J。     

带相位共轭镜的Nd∶YAG激光系统

研究了相位共轭镜用于改善MOPA激光系统光束质量的特性研究.利用单纵模环形激光器作为振荡级,对加装有相位共轭镜的MOPA系统的相位共轭反射率、阈值进行了测试,并获得了重复频率10 Hz、单脉冲能量大于200 mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出.     

带相位共轭镜的Nd:YAG激光系统

研究了相位共轭镜用于改善MOPA激光系统光束质量的特性研究.利用单纵模环形激光器作为振荡级,对加装有相位共轭镜的MOPA系统的相位共轭反射率、阈值进行了测试,并获得了重复频率10Hz、单脉冲能量大于200mJ、近衍射极限的高光束质量激光输出.     

高重复频率、单模纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一种基于主振荡放大技术的全光纤脉冲激光器.种子激光器使用直接调制的单纵模半导体激光器,其输出波长为1 063.8 nm,重复频率100 kHz～10 MHz连续可调谐,光纤放大器采用了多级放大器级联的方法.在重复频率100 kHz、脉冲宽度5 ns时,激光器获得了平均功率为1.2 W,峰值功率为2.4 kW的单横模激光脉冲输出.     

高重复频率、单模纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一种基于主振荡放大技术的全光纤脉冲激光器.种子激光器使用直接调制的单纵模半导体激光器,其输出波长为1 063.8 nm,重复频率100 kHz~10 MHz连续可调谐,光纤放大器采用了多级放大器级联的方法.在重复频率100 kHz、脉冲宽度5 ns时,激光器获得了平均功率为1.2 W,峰值功率为2.4 kW的单横模激光脉冲输出.     

100W全光纤化高重频窄脉宽光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大结构工作的全光纤化高重复频率窄脉冲宽度光纤激光器.种子源是一个直接电脉冲调制的1 063 nm光纤耦合输出半导体激光器.为了抑制放大器中产生的放大自发辐射光,将种子激光的脉冲波形调制为二阶超高斯型.峰值功率为950 mW的半导体激光器经过2级大模场掺镱双包层光纤放大器(纤芯分别为10μm和30μm)功率放大后,最终获得了平均功率为101 W、重复频率为200 kHz、脉冲宽度为14.77 ns、峰值功率为34.2 kW、3 dB光谱宽度为0.261 nm、光束质量M~2为1.17的脉冲激光输出.与传统的纳秒级脉冲光纤激光器相比,该激光器峰值功率高、光束质量优、光谱宽度窄、结构简单,可广泛应用于激光雷达、遥感探测、倍频和光参量震荡等领域.     

高功率全固态绿光激光技术研究进展

 报道了高功率全固态腔内和腔外倍频两种绿光激光器研究进展。腔内倍频绿光激光器采用L型腔双棒串接结构,在重复频率10 kHz时,用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率186 W,光-光效率达15.8%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器,在重复频率400 Hz时,获得基频激光单脉冲能量1.2 J,采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔外倍频,获得525 mJ的绿光输出,倍频效率为43.7%。采用偏振合成技术获得了单脉冲能量大于1 J的绿光输出。在该激光放大器实验装置上,进行了双模块热效应补偿技术和受激布里渊散射相位共轭技术实验研究,改善了激光光束质量。     

100W,2.6mJ衍射极限输出的全光纤主振荡功率放大脉冲激光器

研究了一台基于主振荡功率放大(MOPA)结构的全光纤结构脉冲激光器。利用声光调Q,获得了平均功率约为500mW的脉冲种子源,采用一级预放大器使输出脉冲放大到10W;主放大器利用一台中心波长为976nm的带尾纤的半导体激光器对掺Yb3+双包层光纤抽运。最终在40kHz的重复频率下实现了中心波长为1064nm、脉宽为2.4μs、平均功率大于100W、脉冲能量达到2.63mJ、输出光束的M2因子为1.2的激光脉冲输出。     

无水冷LD侧面泵浦Nd∶YAG固体激光放大器

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算,模拟出输出激光特性,即随着放大器泵浦电流的增加,放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加,呈线性增长趋势,在泵浦电流为80A时,输出光能量逐渐饱和,最大输出能量为798mJ.实验中,放大器入射光源采用脉冲能量为350mJ、重复频率为10Hz、脉宽为10ns的脉冲激光,放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5mm×134mm,Nd~(3+)的掺杂浓度为1.1%,泵浦功率最大24kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10Hz,泵浦电流为80A,泵浦脉冲宽度为200μs时,获得了最大脉冲能量为700mJ、脉冲宽度为10ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.     

钛宝石激光再生放大器的研究

最近,我们采用上海光机所生产的(5.2×5.5×10)mm 的钛宝石激光晶体作为再生放大器的激光介质,实现了钛宝石激光再生放大器的运转.获得了1.2mJ 的能量输出.再生放大器的泵浦源是调 Q 的倍频 Nd:YAG 激光器,它的输出光脉冲宽度小于10ns,脉冲重复频率为10Hz,实验中为避免损伤晶体,采用的泵浦能量为50mJ.种子脉冲来自于自锁模钛宝石激光器,种子脉冲首先经过光栅展宽后再注入到再生脉冲,然后进行放大.注入的种子脉冲能量为1nJ,再生腔为平凹腔,R 为4m,腔长为1.65m.再生放大器的实验结果如图所示.     

电光调Q脉冲Ho:YLF激光器实验研究

2μm低重复频率高峰值功率高光束质量激光在中长波光参量非线性频率变换等领域具有较为广阔的应用前景。采用L型谐振腔结构,使用42 W的掺Tm光纤激光器泵浦Ho:YLF晶体。基于磷酸钛氧铷（RTP）电光调Q技术,实现了重复频率50 Hz、脉冲宽度18 ns、脉冲能量13.5 mJ、峰值功率0.75 MW的2.05μm Ho:YLF固体激光输出。光束的水平方向和竖直方向M2因子分别为1.4和1.1。该Ho:YLF固体激光器采用光纤激光器泵浦,具有结构紧凑的特点,为更高能量的Ho激光输出奠定了基础。     

1.8 mJ高倍率Nd:YAG板条皮秒激光放大器

设计了一种高倍率的固体皮秒脉冲激光放大器,采用Nd:YAG板条作为激光增益介质。借助板条结构的角度选通结构,搭建了板条五通放大系统,实现了对注入皮秒脉冲激光的高倍率放大。种子源工作在脉冲模式,放大器泵浦源在连续模式工作。皮秒光纤激光器可以在不同的重复频率下工作,脉冲宽度为13.4 ps。种子光经过隔离和耦合系统之后,注入板条的单脉冲能量为25 nJ。当种子源工作重复频率为24.46 MHz时,板条放大器输出平均功率377 W,单脉冲能量15.5 μJ;当种子源工作重复频率为49.8 kHz时,板条放大器输出平均功率89 W,单脉冲能量1.8 mJ,峰值功率为134 MW,放大倍率达到7.2×104。     

小型可调谐单纵模TEA CO2激光器

对在三镜腔中插入法布里-珀罗(F-P)标准具实现单纵模激光输出的方法进行了分析,计算了激光器的输出特性。设计研制了一台单纵模可调谐TEA CO2激光器。采用在三镜腔中插入F-P标准具的方法实现了单纵模激光的调谐输出。当激光器以5 Hz重复频率运转时,得到9P(16)谱线能量大于200 mJ,脉冲宽度约为150 ns。     

液体相位共轭技术在高重复频率双程放大器中的应用

 采用丙酮液体作为相位共轭镜改善光束质量,实验研究了高重复频率二极管泵浦Nd:YAG双程放大器中液体SBS相位共轭技术的应用。结果表明：采用光束扫描方式,较明显地减小了液体介质热效应。激光器在重复频率400 Hz、注入能量40 mJ时,反射率达到65%。激光器使用SBS相位共轭镜后光束质量由2.3倍衍射极限提高到1.3倍衍射极限,激光脉宽由23 ns压缩到5 ns。     

高能量全光纤2 μm掺铥脉冲光纤激光器

基于增益开关技术获得了稳定的高能量全光纤结构2 m脉冲光纤激光器,脉冲重复频率在10~50 kHz之间可调,输出激光中心波长为1958 nm,输出脉冲宽度随着泵浦功率的增加不断减小,其变化范围为1.2~1.7 s。采用两级掺铥光纤放大器对种子激光进行放大,当脉冲重复频率为10 kHz时,获得了5.18 W的输出平均功率,输出脉冲宽度为1.6 s,单脉冲能量为0.518 mJ。     

无展宽器的高重复率钛宝石啁啾飞秒脉冲再生放大器的研究

通过优化放大腔结构参数和采用高光束质量的泵浦激光,依靠放大器腔内各个元件的色散展宽种子脉冲, 用钛宝石作为增益介质, 在低泵浦能量下, 实现了高光束质量,高稳定的中等能量的高重复率飞秒脉冲再生放大. 将钛宝石晶体离焦放置,有效的避免了光学损伤. 在1.1 mJ的绿光泵浦下, 获得了2 ps, 120 μJ, 重复频率为1 KHz, 光谱带宽7.8 nm的放大脉冲, 用石英棱镜对压缩可得到130 fs的激光脉冲.     

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器技术

二极管泵浦NdYAG棒双通放大器采用两个峰值功率6.5 kW激光泵浦模块作为泵浦源.每个激光泵浦模块由81个二极管激光器组成,NdYAG棒直径为6 mm,Nd掺杂质量分数1%.在两个封装方式和结构一致的激光泵浦模块之间采用光学像传递和插入90°石英旋转片进行退偏补偿.在重复频率400 Hz,谐振腔输出单脉冲能量6 mJ时,双通输出400 mJ,激光器光-光转换效率为12.3%,光束质量4.6,脉宽15 ns.     

1J高光束质量免水冷脉冲Nd:YAG激光器

研制了一种TEC制冷LD侧泵高能量、高光束质量、电光调Q全固态Nd∶YAG激光器。在主振荡器中晶体棒的尺寸为φ7 mm×100 mm,Nd原子数比例为1.1%,LD泵浦的最大峰值功率为15 kW,在重复频率为10 Hz时,获得了350 mJ输出能量,脉冲宽度为9.7 ns,光束质量因子M~2在水平和垂直方向分别为3.3和3.8。使用主振荡功率放大结构,提高了最终的输出功率。第一级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ7.5 mm×134 mm,在输出重复频率10 Hz、泵浦电流80 A、泵浦脉冲宽度200μs时,得到最大单脉冲能量700 mJ,脉冲宽度10 ns。第二级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ8 mm×100 mm,泵浦电流为80 A。最终我们获得了最大的单脉冲能量1 085 mJ,脉冲宽度10 ns,能量不稳定度小于3%,测量的光束质量因子M~2在水平和垂直方向分别为3.9和4.8,实现了焦耳级高光束质量Nd∶YAG激光器的小型化、无水冷化。