高功率高光束质量脉冲Nd: YAG激光器

 以实现高功率、高光束质量的脉冲激光输出为目的,对非对称平-凹谐振腔的结构进行了理论分析。设计出了高功率、高光束质量非对称放置的平-凹谐振腔、双氙灯泵浦的脉冲Nd: YAG激光器。当占空比为9%时,实现输出激光平均功率近480 W,光束参数积优于12.7 mm·mrad,电光转化效率近4%,与理论分析吻合,可用芯径300 μm的光纤传输,不稳定性优于±1%。加工实验证明有较好的质量：切割材料为不锈钢,厚度为3 mm时、切割速度为0.6 m/min和厚度为1.5 mm、切割速度为1.2 m/min时,两种情况下所得切缝宽度均为250 μm,且切割上下沿光滑。     

高功率高光束质量脉冲Nd: YAG激光器

以实现高功率、高光束质量的脉冲激光输出为目的,对非对称平-凹谐振腔的结构进行了理论分析。设计出了高功率、高光束质量非对称放置的平-凹谐振腔、双氙灯泵浦的脉冲Nd: YAG激光器。当占空比为9%时,实现输出激光平均功率近480 W,光束参数积优于12.7 mm·mrad,电光转化效率近4%,与理论分析吻合,可用芯径300 μm的光纤传输,不稳定性优于±1%。加工实验证明有较好的质量：切割材料为不锈钢,厚度为3 mm时、切割速度为0.6 m/min和厚度为1.5 mm、切割速度为1.2 m/min时,两种情况下所得切缝宽度均为250 μm,且切割上下沿光滑。     

侧面泵浦主振荡功率放大器中的光束质量提高

报道了一种利用球差补偿效应提高侧面泵浦主振荡功率放大器输出光束质量的实验装置。在理论上提出了一种新的球差补偿方法,利用正球差经过会聚透镜焦点后向负球差转化的现象,补偿下一放大级中的正球差效应。在实验上搭建了两级放大的侧面泵浦Nd:YAG主振荡功率放大器。在连续输出的情况下,从振荡级输出功率为42W、光束质量因子为1.48的种子光,经过一级放大后的功率为74W,光束质量因子恶化为1.80;继续经过二级放大后,光束质量因子提高为1.40。实验结果表明,所提出的球差补偿理论是提高激光放大过程中光束质量的有效手段。     

侧面泵浦主振荡功率放大器中的光束质量提高

报道了一种利用球差补偿效应提高侧面泵浦主振荡功率放大器输出光束质量的实验装置。在理论上提出了一种新的球差补偿方法,利用正球差经过会聚透镜焦点后向负球差转化的现象,补偿下一放大级中的正球差效应。在实验上搭建了两级放大的侧面泵浦Nd:YAG主振荡功率放大器。在连续输出的情况下,从振荡级输出功率为42 W、光束质量因子为1.48的种子光,经过一级放大后的功率为74 W,光束质量因子恶化为1.80;继续经过二级放大后,光束质量因子提高为1.40。实验结果表明,所提出的球差补偿理论是提高激光放大过程中光束质量的有效手段。     

高光束质量、高功率稳定性激光器的设计及实验研究

高光束质量、高功率稳定性激光器在激光加工、激光测量等领域具有广泛的用途.为了实现激光器腔内光斑聚焦同时减少色散和体积,人们常常将曲面反射镜用在激光谐振腔中,但光束倾斜入射到曲面反射镜往往会引起像散,从而导致光斑质量恶化,并降低激光器的性能.另一方面,在高功率激光器或超短脉冲激光器中,激光增益介质热透镜焦距的起伏,是导致激光输出功率波动的主要原因之一.针对激光器的像散和功率波动这两个问题,本文提出了一套简单高效的解决方案,在考虑像散补偿和热透镜效应的基础上,基于传播变换圆理论,首次提出一种可实现高光束质量、高功率稳定性激光器谐振腔的设计方法,并对采用该方法所设计出的超短脉冲激光器进行理论与实验研究.研究结果表明,利用该方法设计的激光谐振腔,两端臂像散能够完全被补偿,实验上实现了基模高斯光束输出;当激光晶体热透镜焦距改变时,该方法所设计出的激光谐振腔内各关键位置光斑半径的变化,显著地小于普通谐振腔,在相同外界条件下,其输出激光功率稳定性明显优于普通激光器.     

高功率高光束质量带内泵浦皮秒放大激光系统

利用片状Nd:YVO4晶体为增益介质,研究了部分端面泵浦板条带内泵浦皮秒放大激光系统。发展了部分端面泵浦板条放大器的模式匹配方式,充分结合了带内泵浦和部分端面泵浦板条放大器二者的优势,最终实现了平均功率60.7W、脉冲宽度16.8ps、重复频率20MHz的皮秒激光放大输出,光-光转换效率达到25.3%,当放大输出功率50 W时,光束质量因子(M2)为1.55。     

高功率高光束质量带内泵浦皮秒放大激光系统

利用片状Nd:YVO4晶体为增益介质,研究了部分端面泵浦板条带内泵浦皮秒放大激光系统。发展了部分端面泵浦板条放大器的模式匹配方式,充分结合了带内泵浦和部分端面泵浦板条放大器二者的优势,最终实现了平均功率60.7 W、脉冲宽度16.8 ps、重复频率20 MHz的皮秒激光放大输出,光-光转换效率达到25.3%,当放大输出功率50 W时,光束质量因子(M2)为1.55。     

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束实验

针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术实验研究,搭建了缩束激光的波像差及光束质量测量装置,开展了缩束组件装调误差对光束质量影响的实验。实验结果表明,随着装调视场角度的增加,1/3倍缩束组件在1.2°视场处M²测量偏差小于5%。搭建了偏振分光装置,研究了衰减组件对光束稳定性的影响。实验结果表明,随机偏振的准单模激光器的稳定性比多模激光更易受到衰减组件退偏的影响。搭建了高反式与楔板式高功率激光光束质量测量装置,对1 kW准单模激光进行光束质量测量。实验结果表明,在高反式测量装置中,待测光束通过高反镜时产生了退偏,从而导致光束质量测量结果偏小,楔板式测量装置的测量结果更能准确反映待测光的光束质量。     

环状球差透镜对超高斯光束光束质量的影响

以桶中功率及β值为光束质量评价参数,分析了环状球差透镜的球差系数、遮拦比等参数对超高斯光束光束质量的影响。研究表明,在几何焦面和实际焦面的桶中功率曲线是不同的,选用适当参数的负球差环状透镜, 可获得比无球差环状透镜更高功率/能量集中度的光束。     

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束仿真研究

光束质量因子M²是表征高功率激光器横模特性的主要参数,针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术原理与仿真研究。建立了衰减缩束组件的仿真模型,利用有限元的方法对光学元件在高功率激光下的热致像差进行研究,得出热致像差的峰谷(PV)值小于82 nm时,对光束质量因子的影响小于5%。当光束通过衰减组件时,如果发生退偏,光束质量因子将偏小。基于泽尼克多项式和光束质量因子计算模型,研究分析了缩束组件波前畸变对测量的影响,并通过Zemax仿真分析看出,在装调时入射光与缩束组件中心光轴夹角视场小于7°时,对光束质量因子测量的影响小于5%。     

高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展

 固体激光的一个重大发展方向和目标是实现“三高”(高平均功率、高光束质量和高效率)激光同时输出,结合相关研究工作和进展,着重论述了固体激光输出功率和光束质量的关系,给出了功率升高、光束质量非线性下降是当前“三高”固体激光研究的一个基本科学技术问题。围绕这一基本问题,评述了一些重要技术途径和手段,并探讨了实现高平均功率高光束质量固体激光输出的可能有效途径。     

高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展

固体激光的一个重大发展方向和目标是实现“三高”(高平均功率、高光束质量和高效率)激光同时输出,结合相关研究工作和进展,着重论述了固体激光输出功率和光束质量的关系,给出了功率升高、光束质量非线性下降是当前“三高”固体激光研究的一个基本科学技术问题。围绕这一基本问题,评述了一些重要技术途径和手段,并探讨了实现高平均功率高光束质量固体激光输出的可能有效途径。     

Influence of spherical aberrations on fundamental mode beam quality under different laser resonators

Spherical aberrations of the thermal lens of the active media are severe when solid state lasers are strongly pumped. The fundamental mode profile deteriorates due to the aberrations. Self-consistent modes of a resonator with aberrations are calculated by using the Fox--Li diffraction iterative algorithm. Calculation results show that the aberration induced fundamental mode beam quality deterioration depends greatly on the resonator design. The tolerance of a flat--flat resonator to the aberration coefficient is about 30λ in the middle of stability, where λ is the wavelength of laser beam. But for a dynamically stable resonator, 2λ of spherical aberration will create diffraction loss of more than 40%, if inappropriate design criteria are used. A birefringence compensated laser resonator with two Nd:YAG rods is experimentally studied. The experimental data are in quite good agreement with simulation results.     

强激光远场光束质量参数的测试

提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO2激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

强激光远场光束质量参数的测试

 提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO₂激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。