高亮度人眼安全KTP OPO激光器

采用多模NdYAG激光器泵浦非临界相位匹配的KTP-OPO,获得了光束角2.3 mrad、输出能量400 mJ、平均功率12 W、光-光转换效率40%的1 572 nm激光.泵浦源的参数为能量1 J、重复频率30 Hz.分析认为采用KTP OPO将NdYAG激光器的1 μm激光转换到人眼安全波段的方法是获得1.5 μm激光的最有效的手段之一;非临界相位匹配的KTP OPO的主要优点是大的接受角和无走离,因此即使多纵模激光泵浦情况下也可以获得很高的转换效率.     

非临界相位匹配RTP晶体1.6 μm光参量振荡器

采用非临界相位匹配切割,尺寸4 mm4 mm20 mm的磷酸钛氧铷（RTP）晶体作为非线性光学晶体,进行了半导体激光端面抽运Nd:YAG/RTP的内腔式光参量振荡获得人眼安全激光的实验研究。对比了不同声光调Q重复频率下的信号光输出特性。在10.5 W的抽运功率和15 kHz的重复频率下,获得了最高900 mW的1.62 m人眼安全激光输出,光光转换效率达8.6%。1.62 m信号光和对应的1.06 m基频光的脉冲宽度分别为4.6和8.2 ns。信号光中心波长在1618 nm,谱线宽度小于0.5 nm。     

1.06 μm泵浦PPLT高重复频率人眼安全激光器

 利用1.06 μm光泵浦周期极化钽酸锂（PPLT）晶体获得1.54 μm激光。采用内腔式光参量振荡结构,利用V型腔优化谐振腔参数,分析了OPO晶体内光斑大小随激光工作物质热焦距的变化以及V型腔夹角对光束质量的影响。当泵浦电功率约为100 W时,获得高重复频率10 kHz、脉冲宽度125 ns、平均功率1.9 W的1.54 μm激光,电光转换效率约为1.9%。     

高峰值功率1．57μm脉冲激光器的研究

KTP非线性频率转换技术是实现人眼安全激光的有效方法,为了获得高峰值功率人眼安全激光,设计了一种级联式1．06μm泵浦非临界相位匹配环形腔KTP光参量振荡器一光参量放大器,并对其激光输出进行了测试,结果证明该光参量振荡器输出激光波长1．571μm,激光峰值功率42MW,光光转换效率35％,能量稳定度2．5％。该技术已用于计量检测标准光源,并在远程人眼安全激光测距仪、激光雷达等装备中具有应用前景。     

2 μm掺钬固体激光器研究进展

2 μm掺钬固体激光器的输出波长处在大气窗口和人眼安全区,在激光雷达、激光测距、光电对抗和激光医学等方面都有重要应用,因此在2 μm固体激光器研究领域中成为一个研究热点。本文介绍了2 μm掺钬固体激光器能级系统及常用的掺钬晶体,并对基于这些晶体的钬激光器研究进展进行了综述,最后对2 μm钬固体激光器的未来发展方向等进行展望。     

机载大气探测激光雷达人眼安全分析

 依据美国ANSI标准,模拟计算了0~12 km的高度范围内不同的激光束发散角和不同激光脉冲能量比例的532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量。给出两种532和1 064 nm激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案：(1)激光束发散角为0.3 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶2;（2）激光束发散角为0.4 mrad且532与1 064 nm的激光脉冲最大阈值能量之比为1∶1。分析了用这两种激光脉冲人眼安全最大阈值能量分配方案探测模式大气时所对应的信噪比。分析结果表明：这两种方案既能保证机载激光雷达对模式大气探测时地面人眼安全又能达到探测所要求的信噪比。     

Zig-Zag板条泵浦的2.12μm激光器

 为了实现窄脉宽、高峰值功率2.12 μm激光的稳定输出,设计了基于侧面泵浦Zig-Zag 板条产生1.06 μm基频光,进而泵浦KTP晶体通过II类相位匹配产生2.12 μm激光的光参量振荡实验。对外腔及内腔进行了实验研究,分别获得了1.53%和2.86%的电光转换效率。在20 Hz频率下内腔2.12 μm输出能量达到70 mJ以上,脉宽7 ns~9 ns。其中内腔实验中能量输出稳定度接近8%。     

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像,解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题,对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案,避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失;在光路中加入可变视场光阑,利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场;使用脉冲光照明的方案减小曝光量;通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法,提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高;高分辨率眼底成像视场直径从200 μm扩大到500 μm;曝光量减小到原来的1/2~1/3;对前期难以获得清晰成像的样本,取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。     

应用于水下能分辨粒径10 μm～500 μm尾流气泡的成像系统

 针对尾流气泡成像存在的难点,采用片光源切片扫描与高速摄影相结合的技术手段,研制了一套水下激光成像系统。该系统采用激光片光照明,避免了尾流区气泡图像层叠;设计了3组倍率可切换镜头,实现了对大动态范围（10 μm～500 μm）粒径小气泡的成像;将镜头分成前后组,以平行光中继,通过片光与前镜组的同步移动,可实现尾流区一定体积内气泡图像的采样,同时还能保证扫描过程中始终成像清晰。此系统通过在海域进行试验,放置深度为5 m,气泡由目标船产生,产生气泡粒径范围10 μm～2 000 μm,结果表明,系统成像效果良好,满足项目技术要求。     

基于金纳米棒可饱和吸收体的被动调Q掺铒光纤激光器

利用种子诱导生长法制备了长径比为5的金纳米棒,测量了它的吸收谱,结果表明该纳米棒具有较宽的吸收带（800~1 600 nm）。进一步测量了它的非线性吸收性质,结果表明它在1.56 μm波长处具有可饱和吸收特性,有望被用于实现被动调Q脉冲激光的输出。将该可饱和吸收体置于掺铒光纤激光器腔内,当泵浦功率增至30 mW时开始有稳定的调Q脉冲激光输出,输出激光的工作波长为1.56 μm。当泵浦功率为205 mW时,可获得的最大输出功率约6.9 mW,脉冲能量达219 nJ。研究结果表明,这种新型可饱和吸收体在脉冲激光领域具有广阔的应用前景。     

基于MgO:APLN的1.57μm/3.84μm连续波内腔多光参量振荡器研究

报道了一种基于MgO:APLN实现1.57 μm和3.84 μm跨周期参量光连续输出的内腔抽运多光参量振荡器. 采用1064 nm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构, 综合考虑高功率抽运下谐振腔的热稳定性及多光参量振荡过程的光斑模式匹配, 通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析, 确定了最佳腔型参数. 在此基础上, 进一步研究了谐振参量光透过率对振荡阈值、抽运光下转换效率、输出功率稳定性的影响, 最终实现了3.13 W的1.57 μm和0.85 W的3.84 μm参量光输出, 对应斜效率为6.8%和1.9%, 输出功率稳定性分别达到了1.8%和3%.     

光纤激光泵浦周期极化晶体双波段激光器

针对激光定向干扰系统要求对抗1 m ~3 m和3 m ~5 m 2种类型探测器,需要输出相应2种波段激光,通过高重频调Q技术和种子注入光放大技术,获得高功率高光束质量1.06 m光纤激光输出,外置起偏器获得2束激光输出,分别为泵浦周期极化钽酸锂和周期极化铌酸锂晶体,实现高功率1 m ~3 m 和3 m ~5 m激光输出。在电源输入电流60 A,调Q驱动频率50 kHz的条件下,获得最高功率7.5 W的2 m激光和4.2 W的3.9 m激光,频率转换效率为39.5%。实验结果表明:通过光纤激光器泵浦光参量振荡器,可获得高功率1 m ~3 m和3 m ~5 m双波段激光输出。     

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。     

Compact eye-safe laser sources based on OPOs with KTP or PPKTP crystals

We report on compact eye-safe nanosecond laser sources emitting in the 1.5 μm wavelength range based on non-critically phase-matched parametric interaction in optical parametric oscillators (OPOs) with KTP and periodically poled KTP (PPKTP) crystals, pumped by the fundamental frequency of Nd:YAG lasers. As much as 250 μJ signal pulse energy at 1.5 μm wavelength, 6.5 ns FWHM pulse-width, has been obtained in a PPKTP-OPO, extracavity pumped by a Nd:YAG microlaser oscillator–amplifier at 650 μJ pump pulse energy, 8 ns pulse-width. A single signal pulse of 2.7-mJ output energy at 1.57 μm wavelength, less than 5 ns pulse-width, was generated in a KTP-OPO, intracavity pumped by a passively Q-switched Nd:YAG laser.     

一个非晶硅薄膜太阳能电池制备用激光刻线系统

 非晶硅薄膜太阳能电池制备过程中的激光刻线工艺要求刻线宽度在30 μm～50 μm之间,死区范围小于300 μm,刻线深度符合工艺要求。这不仅要求激光器具有较高的光束质量,而且要求光学系统具有较高的成像质量和较宽的焦深。设计了单激光器四分光路的激光刻线系统。采用设计的激光刻线装置,在1 400 mm×1 100 mm×3.2 mm玻璃基板上进行刻线试验,分别得到刻线P1,P2,P3的线宽为35 μm,50 μm和45 μm,死区范围（P1至P3的距离）为287 μm,最终深度分别为0.98 μm,0.24 μm和0.58 μm,刻线宽度和深度均符合薄膜太阳能电池制备工艺要求。     

激光与中波红外双波段光学系统设计

根据系统要求,进行激光与中波红外复合制导光学系统设计。该系统红外工作波长为3 m~5 m,激光工作波长为1.064 m,系统接收口径为250 mm,F数为1.4,要求MTF在33 lp/mm时大于0.4,光学透过率大于60%,使用的红外焦平面阵列像元数为640像素512像素,像元尺寸为15 m15 m。因为系统具有大孔径,小F数的特点,因此选择使用折反射式结构进行二次成像,并进行消热差处理。     

高温高压制备Cr2+: ZnSe单晶及其光学性质

为了得到高质量、大尺寸Cr²⁺: ZnSe中红外激光晶体,以适应高功率全固态中红外激光器的发展要求,在高温高压下全石墨腔内运用布里奇曼晶体生长方法,生长出了高质量Ф 30×120 mm Cr²⁺: ZnSe单晶。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外稳态吸收及荧光光谱等测试方法对晶体的结构及光谱特性进行了表征,并探讨了Cr²⁺: ZnSe晶体中Cr²⁺的能级结构及跃迁机理。结果表明:所生长的Cr²⁺: ZnSe单晶结构均匀,性质稳定,1.97 μm激发的荧光光谱覆盖1.9~3 μm范围,可用于获得2~3 μm全固态中红外激光。     

Effect of cavity length detuning on the output characteristics for the middle infrared FEL oscillator of FELiChEM

FELiChEM is an infrared free electron laser(FEL) facility currently under construction, which consists of two oscillators generating middle-infrared and far-infrared laser covering the spectral range of 2.5–200 μm. In this paper, we numerically study the output characteristics of the middle-infrared oscillator with accurate cavity length detuning. Emphasis is put on the temporal structure of the micropulse and the corresponding spectral bandwidth.Taking the radiation wavelengths of 50 μm and 5 μm as examples, we show that the output pulse duration can be tuned in the range of 1–6 ps with corresponding bandwidth of 13%–0.2% by adjusting the cavity length detuning.In addition, a special discussion on the comb structure is presented, and it is indicated that the comb structure may arise in the output optical pulse when the normalized slippage length is much smaller than unity. This work has reference value for the operation of FELiChEM and other FEL oscillators.     

2<Emphasis Type="Italic">µ</Emphasis>m Laser based on an electro-optical <Emphasis Type="Italic">Q</Emphasis>-switched intracavity KTP optical parametric oscillator

An 2 μm pulse laser based on an intracavity optical parameter oscillator (OPO) pumped by an electrooptical Q-switched 1.064 μm laser is realized. A type-II phase-matched (θ = 51.5° and φ = 0) KTP crystal and a limiting diaphragm with a diameter of 4 mm were used. The parameters of the KTP-OPO tuning curves as a function of the phase matching angles were analyzed for the case of 1.064 μm laser pumping. Experiments based on single and double KTPs for walk-off compensation were performed. An output energy of 26 mJ in the 2 μm wavelength region was obtained with a pump-to-signal conversion efficiency of 26%. The center wavelengths of the signal and idle lights were 2165.4 and 2088.6 nm with a FWHM of 3.8 and 4 nm, respectively.     

三同心球光学系统跟瞄误差分析

针对独有的跟踪方式,具体讨论了激光通信三同心球光学系统的跟瞄方案,并进行了具体规划。通过对通信跟踪光路和通信接收光路的视场和精度分析,给出了二者的相关参数,作为Matlab理论计算跟踪像面轨道的依据。利用Tracepro软件模拟了引入相关误差量后的通信跟踪和通信接收像面光斑质心偏移和光斑大小变化情况。仿真结果显示:随着角度的旋转,通信接收的质心偏差在±4μm范围内,通信跟踪的质心偏差在±50μm范围内;通信接收像面光斑直径小于80μm,通信跟踪像面光斑直径均在400μm以内。系统所引入的误差在允许范围之内,不影响相关跟踪通信功能。