Cr~(2+):ZnSe全固态中红外激光器

建立了一种高质量、高效率全固态中红外激光系统,并对激光输出的效率、光束质量等指标进行了测试。首先,以二极管激光器为泵浦源,Tm~(3+):YAP晶体为增益介质,搭建了输出波长为1.97μm的近红外激光器。然后,以Tm~(3+):YAP激光器为泵浦源,自行开发研制的Cr~(2+):ZnSe单晶为增益介质,搭建了全固态中红外激光器。最后,测试了全固态中红外激光器的光束质量及激光器出光效率,并对谐振腔光效率的理论输出值与实际的激光器出光参数进行了对比。实验结果表明:此全固态中红外激光器的光光转换效率为17.2%,斜率效率为20%,在最高输出能量为3 W时的光束质量(M~2)在x和y方向分别为1.7和1.73,光束基本为圆形的高斯光斑。     

高效率中红外可调谐激光器

中红外波段光在大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值。产生中红外激光主要有以下技术途径：气体激光器、化学激光器、二极管激光器、稀土掺杂固体激光器、光纤激光器和光参量振荡器（OPO）等。基于OPO技术的可调谐中红外固体激光器由于其具有波长调谐范围宽（2～12μm）、转换效率高、结构紧凑、重量轻、维护简单等特点。     

远红外固体激光器研究进展

8～12μm波段是大气的一个窗口,被定义为长波红外波段。该波段激光对雾、烟尘等具有较强的穿透力,在激光光电对抗、激光遥感、医疗、环境监测及光通讯领域具有重要的应用前景。本文调研了常用的8～12μm非线性频率变换晶体,以及基于非线性频率变换晶体的远红外光参量振荡器的研究进展,对国内外能实现8～12μm波段激光输出的非线性晶体及激光系统进行了系统地归纳和总结,通过分析比较得出在8～12μm波段获得的最大输出能量为毫焦量级,最大功率为瓦量级。国内该技术与国外有着不小的差距,主要受制于高重频、高功率脉冲1～3μm泵浦源技术不成熟及高性能非线性晶体材料研制基础薄弱,我国在长波远红外固体激光器领域研究进展缓慢,因此研制大尺寸、高质量远红外激光晶体及输出波长更长的远红外高功率激光器已经成为激光器未来发展方向之一。     

高功率中红外3.8 μm激光器

 采用1.06 μm激光泵浦准相位匹配周期极化铌酸锂（PPMgLN）晶体光参量振荡器,实现高功率高效率高重复频率3.84 μm中红外激光输出。泵浦源为椭圆光斑1.06 μm激光,PPMgLN晶体MgO摩尔分数为5%,光参量振荡器为外腔单谐振结构,采用e→e+e相位匹配,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数。在1.06 μm激光功率为73 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率8.3 W,波长3.84 μm激光输出,光-光转换斜率效率14.1％,水平和垂直方向光束质量平方因子分别为1.94,4.57。     

高功率中红外3.8 μm激光器

采用1.06 μm激光泵浦准相位匹配周期极化铌酸锂（PPMgLN）晶体光参量振荡器,实现高功率高效率高重复频率3.84 μm中红外激光输出。泵浦源为椭圆光斑1.06 μm激光,PPMgLN晶体MgO摩尔分数为5%,光参量振荡器为外腔单谐振结构,采用e→e+e相位匹配,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数。在1.06 μm激光功率为73 W,声光Q开关工作频率为7.5 kHz的条件下,获得平均功率8.3 W,波长3.84 μm激光输出,光-光转换斜率效率14.1％,水平和垂直方向光束质量平方因子分别为1.94,4.57。     

中波红外激光技术最新进展

3～5μm中红外波段激光源是近年来备受国内外关注的研究热点,本文综合评述了产生中红外波段激光的5种主要方法（CO2激光倍频技术、泛频CO激光技术、光学参量振荡器、氟化氘激光器、Fe2＋∶ZnSe固体激光技术）的国内外发展现状,总结分析了各种方法的关键技术和存在的问题,指出了该技术的未来发展趋势。     

4.1μm高功率中红外内腔光参量振荡器

提出了一种紧凑型、声光调Q、高功率的4.1μm中红外内腔式氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡激光系统.基于内腔单谐振光参量振荡器动力学模型,对内腔光参量振荡器的阈值倍数及下转换效率的影响因素进行分析,提出实验中对光参量振荡阈值调节的办法,优化了大功率情况下光参量振荡的下转换效率.引入共振泵浦与单端键合晶体方式提高了大功率泵浦的热稳定性.基于光场传输理论与谐振腔稳定性理论,并考虑增益介质热效应,数值模拟了大功率泵浦注入时腔内基频光、信号光及闲频光的三波光场模式匹配,以确保光参量振荡器在高功率下稳定运转.对光参量振荡阈值进行调节,提高了参量光的下转换效率,最终得到4.125μm的中红外高重频脉冲瓦级激光输出,激光重复频率1～100kHz可调,脉冲宽度小于9ns,最高单脉冲能量36.7J,最高峰值功率4.257kW,最高输出功率为1.12 W,其对应的下转换效率为29.7%,最大光光转换效率为4.26%.     

中红外2μm KTA光参量振荡器的输入镜膜层损伤分析

对基于KTA(KTiOAsO4,砷酸钛氧钾)晶体的中红外2μm光参量振荡器的输入镜膜层损伤现象进行了初步分析及对比实验研究,表明薄膜缺陷导致的热效应是造成输入镜膜层损伤、抗损伤阈值低的主要原因,同时发现由于腔镜失调等原因造成的腔内残余1.06μm激光是造成膜层损伤的主要来源,这些结果对改进光参量振荡器系统设计、进一步提高2μm激光输出能量具有一定的指导作用。     

连续波光参量振荡器定向红外干扰

介绍了基于光纤激光器泵浦的光学参量振荡器发展现状及其在定向红外干扰技术中的应用前景,对定向红外干扰技术的一些基本原理进行了讨论。利用自研的一台基于光纤激光器泵浦的连续波光学参量振荡器,通过周期调谐的方式分别实现3.414,3.630和3.820 m的瓦级中红外激光输出。采用这3个波长的激光对中红外热像仪进行了干扰原理性实验。对比实验结果可以得出:对于3.820 m波长的中红外激光,当其辐照的HgCdTe探测器前功率密度大于10 W/cm2量级时,在传输750 m距离后,热像仪实现饱和效果并且非饱和区域图像灰度级发生较大变化,达到了掩盖有用信号的目的。     

连续波光参量振荡器定向红外干扰

介绍了基于光纤激光器泵浦的光学参量振荡器发展现状及其在定向红外干扰技术中的应用前景,对定向红外干扰技术的一些基本原理进行了讨论。利用自研的一台基于光纤激光器泵浦的连续波光学参量振荡器,通过周期调谐的方式分别实现3.414,3.630和3.820 m的瓦级中红外激光输出。采用这3个波长的激光对中红外热像仪进行了干扰原理性实验。对比实验结果可以得出:对于3.820 m波长的中红外激光,当其辐照的HgCdTe探测器前功率密度大于10 W/cm2量级时,在传输750 m距离后,热像仪实现饱和效果并且非饱和区域图像灰度级发生较大变化,达到了掩盖有用信号的目的。     

中红外光学参量振荡器技术进展

3~5μm中红外激光器在环境污染检测、医疗、工业等领域具有重要的应用价值。本文总结了基于ZnGeP_2、MgO∶PPLN晶体的光参量振荡器(OPO)的国内外发展现状,分析了其各自不同结构系统设计的优势和发展前景。指出高功率、小体积、轻重量的光学参量振荡器是未来重要发展方向,发展的技术核心是生长更大尺寸的中红外激光晶体以及研制更高性能指标的OPO泵浦源,并对中红外激光器的发展趋势进行了展望。     

Fiber laser pumped burst-mode operated picosecond mid-infrared laser

We demonstrate a compact periodically poled MgO-doped lithium niobate(MgO:PPLN)-based optical parametric oscillator(OPO) quasi-synchronously pumped by a fiber laser system with burst-mode operation.The pump source is a peak-power-selectable pulse-multiplied picosecond Yb fiber laser.The chirped pulses from a figure of eight-cavity modelocked fiber laser seed are narrowed to a duration of less than 50 ps using an FBG reflector and a circulator.The narrowed pulses are directed to pass through a pulse multiplier and to form pulse bunches,each of which is composed of 13 subpulses.The obtained pulse bunches are amplified by two-stage fiber pre-amplifiers:one-stage is core-pumped and the other is cladding-pumped.A fiberized acousto-optic modulator is inserted to control the pulse repetition rate(PRR) of the pulse bunches before they are power-amplified in the final amplifier stage with a large mode area(LMA) PM Yb-doped fiber.The maximum average powers from the final amplifier are 85 W,60 W,and 45 W,respectively,corresponding to the PRR of2.72 MHz,1.36 MHz,and 0.68 MHz.The amplified pulses are directed to pump an MgO:PPLN-based optical parametric oscillator(OPO).A maximum peak power at 3.45 μm is obtained approximately to be 8.4 kW.Detailed performance characteristics are presented.     

High repetition rate mid-infrared laser source

An efficient, high-power mid-infrared laser source based on ZnGeP₂ (ZGP) optical parametric oscillator (OPO) is presented. Using a Q-switched Ho:YAG laser as the pump source a total output power of 10.6 W was obtained in the 3–5 μm band at 10 kHz and 8.5 W at 20 kHz. The Ho:YAG laser was pumped by two diode-pumped polarization coupled Tm:YLF lasers. Optical-to-optical efficiency achieved is >8.8% (laser-diode 792 nm to mid-IR 3–5 μm). With a commercial PtSi infrared camera (256×256 pixel focal plane array, 24 μm pitch) the pointing stability of Ho pump, signal and idler beam was measured to be better than 30 μrad. Whilst propagating the OPO beams over 100 m, little absorption for the idler beam was observed, resulting in a significant higher peak-to-peak value of ±22%, whereas the peak-to-peak stability of the signal pulses remained unchanged (±13%). To cite this article: M. Schellhorn et al., C. R. Physique 8 (2007).     

掺镱飞秒激光晶体研究进展

飞秒激光在军事、医学、通讯、加工等领域有着重要应用,已经成为新世纪激光技术领域的研究热点。得益于激光二极管(LD)的快速发展,以LD作为泵浦源成为新型全固态飞秒激光器的发展趋势。Yb^3+离子掺杂的激光晶体材料因其独特的能级结构、宽带吸收与发射等优势,逐渐成为LD直接泵浦并实现1.0μm飞秒激光输出的重要增益介质。详细总结了当前掺Yb^3+飞秒激光晶体的研究进展,分析了目前存在的主要问题,给出了未来飞秒激光晶体发展的两个建议方向:高效率小功率飞秒激光和大功率高能量飞秒激光。以Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4晶体为例,详细研究了其晶体生长、光谱、连续与飞秒激光性能,并实现了中心波长在1060 nm处脉宽为116 fs,平均输出功率为1.08 W,光光转换效率为33.1%的高效率飞秒激光输出,表明Yb^3+:Sr3Y2(BO3)4及其同体系晶体是一类优异的高效率飞秒激光材料。     

激光二极管抽运固体激光器场分布的热不稳定性研究

通过建立激光介质非热平衡状态的振荡散热模型，分析了激光二极管抽运固体激光器中，热透镜的不稳定性.研究表明，热透镜的这种热不稳定性是造成激光场不稳定的重要因素.会造成高斯半径的不稳定波动，会使激光光束的指向角波动，会造成激光光斑的非对称畸变，这种畸变也处于波动之中.通过对端面抽运条件下，热耗为1W的Nd:YAG激光介质的理论和实验研究，确定了这种原因下光场不稳定度的数量级. 关键词： 激光二极管 固体激光器 热透镜     

节瘤缺陷对中红外高反射膜电场增强影响的数值分析

运用时域有限差分(FDTD)方法建立了薄膜中节瘤缺陷在高斯激光照射下电磁场响应模型，分析了节瘤的深度、起始颗粒大小和入射光角度对薄膜中电磁场的影响。结果表明：节瘤缺馅对薄膜中电场强度有显著的加强作用，其内部峰值场强是入射光的6倍，大而浅节瘤缺陷对倾斜入射p偏振态的激光具有最高的加强效应.     

Theoretical study and optimization of a high power mid-infrared erbium-doped ZBLAN fibre laser

Based on the rate equations describing the erbium-doped fluoride glass(ZBLAN) fibre lasers with different pumping configurations being taken into account,this paper presents theoretical calculations related to the dynamic population density and the operation performance of a high power mid-infrared all-fibre erbium-doped ZBLAN fibre laser.It shows that the ground-state absorption,excited-state absorption and energy-transfer-upconversion processes co-exist and produce a population balance,causing the laser to operate stably at a continuous wave state.A good agreement between the theoretical results and recent experimental measurement is obtained.Furthermore,the laser structure parameters including fibre length,reflectance of output fibre Bragg grating and pumping configurations are quantitatively optimised to achieve the best performance.The results show,as expected,that the slope efficiency of the fibre laser can be improved significantly through optimisation,which then provides an important guide for the design of high-performance mid-infrared erbium-doped ZBLAN fibre lasers.     

周期极化KTP晶体光参量振荡特性研究

基于较新的Sellmeier方程,研究了周期极化钛氧磷酸钾(KTiOPO₄简称KTP)晶体光参量振荡的容差特性,给出了极化反转光栅周期、晶体温度及泵浦光波长的调谐曲线和带宽的容差特性曲线,并与PPLN晶体作了比较数值计算结果与已有实验数据吻合较好.