半导体泵浦铷蒸气激光实现线偏振基模输出

采用2400 1/mm的平面光栅搭建Littrow外腔压窄半导体激光器输出激光线宽,获得中心波长可调的线宽0.16 nm的半导体激光作为铷蒸气激光的泵浦源.实验中,使用斩波器将泵浦光变为脉宽1 ms,重复频率100 Hz的重复脉冲形式,聚焦进长度为8 mm的铷蒸气泡,泡内充入79 kPa甲烷作为缓冲气体.进入铷蒸气泡的泵浦光峰值功率为1.84 W时,控制铷泡温度在125℃,获得了峰值功率17.5 mW的基模线偏振铷激光输出.     

半导体泵浦铷蒸气激光器国内首次出光北大核心CSCD

采用体光栅对商用线阵半导体激光器进行线宽压缩,得到线宽0.1nm、中心波长780.2nm、最高连续输出功率80W的泵浦激光输出。为了降低热效应,通过外加斩波器将泵浦光转化为脉冲模式,脉宽440μs,占空比为1∶5。采用长度为5mm的铷金属饱和蒸气作为增益介质,并在常温下充入33kPa乙烷和47kPa氦气,进行了出光实验。在泵浦峰值功率35.4W,铷吸收池温度120℃时,得到峰值功率600mW的795nm铷激光输出,斜率效率为1.7%。     

高功率掺Tm~(3+)光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究

基于主振荡功率放大器结构的高功率掺Tm~(3+)光纤激光器是2μm波段高功率光纤激光器的主要实现形式,掺Tm~(3+)光纤放大器(Thulium-doped fiber amplifier,TDFA)热效应管理的研究对于其输出激光功率的不断提升具有重要意义。本文主要对TDFA热效应管理的泵浦方式优化方面进行理论研究,利用龙格库塔法以及牛顿迭代法求解不同泵浦方式下TDFA的稳态速率方程,并根据热传导方程,模拟掺Tm~(3+)光纤(Thulium-doped fiber,TDF)温度沿径向和轴向的分布。结合遗传算法理论,研究了分段泵浦方式,经过参数优化,在功率为5 W的2 020 nm输入信号光、总功率为1 000 W的793 nm激光泵浦、TDF吸收系数为3.1 dB/m条件下,将总长度为11 m的TDF分为2.4,2,2,2,2.6 m的5段进行泵浦,得到放大信号激光输出功率为284.5 W、斜率效率为28.45%、光纤外包层边界最高温度为86.28℃且温度总体分布均匀。与传统前向泵浦、双端泵浦方式下的TDFA相比,其热效应有明显改善。     

100W二极管泵浦Nd:YAG薄片激光器

 报道了一台高效率二极管泵浦Nd:YAG薄片激光器，采用高效均匀泵浦耦合技术，在峰值功率1.008kW，占空比25％, 电-光效率大于45%的二极管激光阵列泵浦下，用一块1mm厚的Nd:YAG薄片激光介质，获得了峰值功率404W，平均功率101W的准连续激光输出，光-光效率达到40%，电-光效率超过18%。     

用于铷蒸气激光泵浦的窄线宽阵列半导体激光器

在激光二极管LD泵浦铷蒸气激光器中,窄线宽半导体激光是实现铷蒸气激光高效率输出的关键技术之一。基于体布拉格光栅（VBG）外腔技术,实现了40 W功率0.14 nm线宽的780 nm激光输出。采用半导体制冷片（TEC）控制VBG温度,使得该激光器空气中波长可从779.35 nm调谐至780.10 nm,可用于铷蒸气激光的高效泵浦。     

LD抽运Nd:GdVO4的激光性能研究

利用LD端泵NdGdVO4晶体,实现了激光器的1 063 nm连续和调Q激光输出.在连续激光输出实验中,在泵浦功率为20.2 W时,得到最高的光-光转换效率为55.0%,斜效率为59.1%,此时输出功率为11.5 W;在泵浦功率为33.7 W时,得到16.7 W的最大激光输出.在调Q实验中,当重复频率为10 kHz时,获得脉宽6.5 ns,能量340 μJ,峰值功率52.3 kW.当重复频率为30 kHz时,获得脉宽14.5 ns,平均输出功率5.18 W,峰值功率11.9 kW.     

国产大功率全光纤主振荡功率放大器

 以国产掺Yb光纤为增益介质,利用国产泵浦源和光纤器件,构建了主振荡功率放大结构的全国产大功率全光纤激光器。在注入的最大泵浦功率为75 W时,获得了52.5 W,1 080 nm激光的稳定输出,光-光效率为70%。实验结果表明,提高泵浦功率可获得更高的输出功率。     

激光二极管泵浦的高效、单频Nd:YVO4激光器

对激光二极管端面泵浦的单频Nd:YVO4激光器进行了研究,研究了不同输出耦合率情况下输出功率随泵浦功率的变化曲线及光-光转化效率随输出耦合率的变化曲线,实验结果与理论分析结果基本一致.当泵浦功率为2.2 W时,得到瓦级单频1064 nm激光输出,最高光-光转化效率为47.2%.     

基于水、风混合型冷却系统的LD端面泵浦全固态连续绿光激光器

为了简化激光器冷却系统,减小体积,降低成本,设计出一种基于水、风混合型的冷却系统,具有水冷和风冷的优点,可以实现稳定的绿光激光输出.采用结构简单、紧凑的平-凹腔设计,其端镜为平面镜,输出镜为凹面镜,曲率半径R=1 m,腔长L=165 mm,获得较稳定的单端泵浦Nd:YVO4腔内倍频KTP连续绿光激光输出.当晶体吸收的泵浦功率为24.3 W时,532 nm激光功率达到4.2 W,光-光转换效率达到17.2%.在绿光输出功率为3 W的情况下,观测到的变化范围在2.5%左右,温度变化范围在0.1°左右.实验结果表明,该冷却系统能够较好地转移晶体热效应产生的热量,实现转化效率较高的绿光输出,有利于实现高功率激光器的微型化.     

4.3μm级联振荡Dy···PbGa2S4高功率中红外激光的理论研究

数值模拟了基于级联振荡产生4.3μm高功率连续激光的Dy···PGS激光器。模拟了级联振荡Dy···PGS激光器实现稳定连续输出的全过程,计算给出了激光功率和粒子数密度在谐振腔内的空间分布,分析了泵浦光功率、晶体长度和输出镜反射率对4.3μm激光输出的影响。计算结果表明：级联振荡能有效去除Dy···PGS晶体的自终止效应,获得高功率、高效率的4.3μm激光输出;当1.7μm泵浦光功率为10 W时,4.3μm激光的输出功率可达2.535W,斜率效率为29%;晶体最佳长度区间为12～24mm,闲频光输出镜反射率越高越好,信号光输出镜反射率最佳区间为0.8～0.9。     

二极管泵浦Nd:YAG薄片激光器技术研究

固体激光器向高平均功率发展的最大障碍是激光介质的热效应.采用薄片激光介质可以实现热流近一维分布,因而是解决固体激光器热效应的有效手段之一,但许多因素都会影响薄片的一维热分布.对薄片热分布的主要影响因素进行的计算分析表明,在均匀泵浦条件下,泵浦区径向温度的均匀性不仅和泵浦区面积与薄片厚度之比有关,而且和冷却区与泵浦区的相关尺寸有关.采用均匀耦合技术并合理设计薄片的散热冷却结构以实现热流近一维分布,用平均功率336 W的激光二极管阵列泵浦一块NdYAG薄片,获得了平均功率超过120 W的准连续激光输出.     

国产全光纤结构激光器实现245 W高功率激光输出

 以国产掺镱光纤为增益介质,利用国产泵浦源和光纤器件,构建了主振荡功率放大（MOPA）结构的全国产大功率全光纤激光器。激光器包括10 W种子激光器和高功率放大器两部分。在注入最大泵浦功率为356 W时,获得了245 W波长1 080 nm激光的稳定输出,光-光效率为69%。激光器单次连续出光时间约30 min,功率稳定性在1%以内。目前激光器输出功率受限于泵浦功率,增加泵浦源的数目有望进一步提高输出功率。     

二极管泵浦的被动调Q与脉冲幅度混沌Nd:LaMgAl11O19全固态激光器

基于二极管泵浦Nd:LaMgAl₁₁O₁₉无序晶体激光器实现了被动调Q激光以及脉冲幅度混沌激光的输出。当泵浦功率在4.8~8.6 W范围内时,激光器运转在被动调Q状态;当泵浦功率为8.6 W时,调Q激光的平均输出功率为613 mW、重复频率为157.1 kHz、脉冲宽度为2.2μs。当泵浦功率增加到8.7~10.5 W范围内时,输出激光的脉冲幅度呈不规则随机分布现象;通过分析脉冲峰值序列的自相关曲线、相位图、功率谱、随机直方图,判定激光器运转在脉冲幅度混沌状态;当泵浦功率功率为10.5 W时,脉冲幅度混沌激光的平均输出功率为814 mW。     

基于Nd:YAG/Cr:YAG/YAG键合晶体LD侧面泵浦激光器

利用Nd∶YAG/Cr∶YAG/YAG键合晶体,建立了具有高平均输出功率的LD侧面泵浦被动调Q激光器系统.当Cr∶YAG的初始透过率为85%、最大泵浦光功率为187.5 W时,1 064nm激光的平均输出功率为83.68W.通过KTP晶体进行倍频,在最大泵浦光功率下,产生了27.2W532nm绿光激光脉冲,同时脉冲宽度和重复频率分别为210ns和21.2kHz;绿光单脉冲能量和峰值功率分别为1.28mJ和6.1kW;泵浦光(808nm)到倍频光(532nm)的光-光效率为14.5%.     

二极管泵浦的被动调Q与脉冲幅度混沌Nd:LaMgAl_(11)O_(19)全固态激光器（英文）

基于二极管泵浦Nd:LaMgAl_(11)O_(19)无序晶体激光器实现了被动调Q激光以及脉冲幅度混沌激光的输出。当泵浦功率在4.8～8.6 W范围内时,激光器运转在被动调Q状态;当泵浦功率为8.6 W时,调Q激光的平均输出功率为613 mW、重复频率为157.1 kHz、脉冲宽度为2.2μs。当泵浦功率增加到8.7～10.5 W范围内时,输出激光的脉冲幅度呈不规则随机分布现象;通过分析脉冲峰值序列的自相关曲线、相位图、功率谱、随机直方图,判定激光器运转在脉冲幅度混沌状态;当泵浦功率功率为10.5 W时,脉冲幅度混沌激光的平均输出功率为814 mW。     

基于MOPA结构的1120nm掺Yb光纤放大器

基于主振荡功率放大器,采用1120nm光纤激光器作为种子激光,将其注入20m大模场面积单模双包层掺Yb光纤放大器,并用976nm半导体激光器泵浦实现了1 120nm信号光输出.实验中将注入种子激光功率预设为10mW,当半导体激光器泵浦功率增大至1.5 W时,放大器系统开始输出1 120nm信号光.当泵浦功率低于3.4W时,信号光功率随泵浦功率缓慢增长,系统斜率效率较低;而当泵浦功率高于3.4W时,信号光功率随泵浦功率线性增长,斜率效率明显增大,达到48.5%.限于最大注入泵浦功率为6.8W,放大器输出最高1 120nm信号光功率为1.97W,总的光-光转化效率为29%.输出信号光中心波长为1 120.89nm,线宽为0.02nm,极好地保持了种子激光的特性.结合实验情况,利用双包层光纤放大器的稳态理论模型,采用有限差分方法模拟了放大器输出信号光功率随泵浦光功率的变化曲线,结果显示理论模拟所得变化趋势与实验结果吻合良好,系统将在泵浦功率达到200W左右时达到饱和状态,说明目前光纤放大器系统具有很大的功率提升空间.     

LD端面泵浦声光调QNd:YVO_4/KTA 1.53μm光学参量振荡激光器

介绍了一台连续激光二极管(LD)端面泵浦声光调Q的高重复频率、高效率1.53μm人眼安全光学参量振荡激光器。激光基质材料采用Nd:YVO4晶体,采用按Ⅱ类非临界相位匹配切割、长20 mm的KTA晶体作为非线性光学晶体。在LD泵浦功率13.7 W,声光调Q重复频率60 kHz时,获得最高平均功率2.6 W的1.53μm信号光输出,泵浦光-信号光转换效率达到19%。在最高输出功率2.6 W下测得单脉冲宽度2.9 ns,对应的单脉冲能量和峰值功率分别为43.3μJ和15 kW。     

高效率Nd:YVO4/LBO临界相位匹配脉冲绿光激光器

报道了一种利用激光二极管（LD）端面泵浦Nd:YVO4晶体,声光调Q,LBO临界相位匹配腔内倍频的高效率、小体积、风冷绿光激光器。分析了不同偏振光泵浦的情况下,激光晶体对泵浦光的吸收特性。由分析得出,采用部分偏振光泵浦,可以提高激光晶体对泵浦光吸收均匀性,改善基波畸变,获得高转换效率激光输出。实验中,在泵浦光功率为33 W、声光调Q重复频率为20 kHz时,得到脉宽为23.96 ns、平均功率为15 W的1064 nm基频光输出。经倍频后,得到平均功率为11.2 W的绿光输出,倍频效率为74.6%,总体光-光转换效率为34%。在输出功率为10 W时,测得1 h内输出功率不稳定度为0.512 2%,水平方向和竖直方向的光束质量因子M2分别为1.2和1.1。     

宽温度适应性的高峰值功率人眼安全激光器

介绍了一种宽温度工作MW级峰值功率人眼安全激光器。采用半导体激光交叉泵浦Nd∶YAG 1.06μm激光器作为泵浦源,内腔泵浦非临界相位KTP光参量振荡器实现人眼安全激光输出。激光器性能测试结果表明,在工作频率为5 Hz时,激光平均输出能量56mJ,脉宽为2.02 ns,峰值功率达到28 MW,激光发散角约为5 mrad。在-45～65℃环境条件下,激光能量变化优于3.8%,在高低温环境下能长时间工作。该激光器结构紧凑、可靠性高,目前已工程化应用于激光测距、激光成像中。     

端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器

从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088.3nm，斜率效率为33.7%，最大输出功率为1.75W。