基于光纤布拉格光栅对的双波长线形腔掺铒光纤激光器设计与优化

基于光纤布拉格光栅对（DFBGs）的双波长线形腔光纤激光器利用偏振烧孔效应实现双波长激光稳定输出的研究颇多,但有关3 dB光纤环形镜（FLM）与光纤布拉格光栅（FBG）构成腔镜或仅FBG构成腔镜,以及DFBGs的选择对其激光输出性能[光信噪比（OSNR）、斜率效率及稳定性等]的影响的研究很少。本文实验首先在双波长线形腔掺铒光纤激光器中比较了3 dB FLM与FBG构成腔镜和仅FBG构成腔镜的双波长激光的输出性能,结果表明,仅FBG构成腔镜的输出性能优于3 dB FLM与FBG构成腔镜的输出。其次在仅FBG构成腔镜的线形腔中对低反射率FBG（输出镜）反射率相同与不同时的输出性能进行了对比,研究表明,低反射率FBG的反射率相同时双波长激光输出具有较高的OSNR、斜率效率和稳定性。接着改变构成腔镜的两对FBG的中心波长间隔分别为4、8、12 nm,研究表明,中心波长间隔越大输出越稳定,OSNR越高,但激光器的斜率效率有所降低。最后在室温环境下实现了两个激光波长分别为1550 nm和1562 nm、OSNR分别为50.24 dB和51.19 dB左右、中心波长变化分别小于0.030 nm和0....     

基于飞秒激光直写的单向单模耦合微腔

对具有高Q值的回音壁模式微腔进行调制来获得单向单模输出,对研究腔光力学和开发高质量的微激光具有重要意义.本文对利用飞秒激光直写加工的耦合回音壁模式微腔的研究进行了简要回顾,具体介绍了微腔结构设计、加工过程、激射和耦合机制研究等.利用飞秒激光直写加工的强大三维图案化能力,灵活地设计实现了具有集成功能的单个微腔和具有不同空间组合位置的多个耦合微腔.基于耦合微腔的微激光具有低阂值,同时显示出良好的单模特性和单向性.结合理论模拟可以证实,微腔与微腔/光栅之间的耦合,一方面支持游标效应和集成滤波两种选模方式,另一方面能够破坏微腔的旋转对称性从而获得单向输出,从而实现了对微腔输出的有效调控.     

大功率部分端面抽运混合腔板条激光器

在半导体抽运的全固态激光器中,激光晶体上的热畸变限制了激光器在大功率下输出时保持高光束质量的能力。板条结构的固体激光器具有优异的散热能力,再配合部分端面抽运以及稳一非稳柱面混合腔的使用,使大功率高光束质量的激光输出成为可能。在德国EdgeWave GmbH进行的对这一技术的合作研究中,利用不到100mm的腔长,在Nd：YVO4板条激光器上获得了110W近衍射极限的1．06μm连续激光输出,这时在非稳腔方向上的光束传播因子M^2为1．3。在稳腔方向上为1．5。通过对输出激光进行空间滤波切除腔镜造成的衍射旁瓣后,50W输出时M^2的典型值在非稳腔和稳腔方向上分别为1．09和1．2。     

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。     

半导体激光泵浦的外腔YAG激光器国内首次运转

中国科学院上海光学精密机械研究所“激光技术开放研究实验室”于1991年7月8日采用本所“半导体光电子学实验室”研制的一维锁相列阵半导体激光器泵浦外腔YAG激光器获得1.064μm激光输出。外腔结构的实验成功为进一步研究和发展半导体激光泵浦的固体激光器打下了基础。 对于半导体激光泵浦的YAG激光器,为了减少激光腔内的损耗,从而降低激光阈值,国内外在研究初期都采用全内腔的单块(monothic)YAG激光器,随着腔内倍频和增大激光输出等研究的发展和需要,又发展为外腔方式。     

高功率TEA CO_2激光器非稳腔实验研究

为了提高光束质量、压缩光束发散角,利用现有高功率稳定腔TEA CO2激光器进行了非稳谐振腔的技术改造及激光输出试验,非稳谐振腔采用正分支虚共焦型非稳腔方案。为充分研究谐振腔结构参数及激光振荡模体积对输出能量和光束发散角的影响,共设计加工了包含4种放大率、5种模体积的20组非稳腔腔镜组合。在其它参数都相同的试验条件下,进行了非稳腔镜的单脉冲输出对比试验,得到的最大输出能量为14 J,是原平凹稳定腔的70%,而光束发散角只是原平凹稳定腔的1/4。     

后腔镜对掺镱双包层光纤激光器输出特性影响研究

使用国产掺镱双包层光纤搭建了双包层激光器实验系统.将透射率不同的反射镜作为后腔镜进行了激光器输出激光光谱和功率测量.根据激光器数学模型和增益理论,分析了实验中后腔镜参量对激光器输出特性的影响,并深入讨论了后腔镜透射率与激光器输出波长之间的关系.实验表明：后腔镜与激光器输出激光功率和波长紧密联系,通过调节后腔镜的透射率可以优化系统的输出激光特性.     

微腔中单量子点的激光输出特性研究

研究一个四能级量子点耦合到单模光学腔中的量子系统,利用系统的主方程作数值模拟计算微腔中单量子点的激光输出强度随非相干泵浦的变化关系.结果显示量子点在泵浦作用下激光的输出有一个阈值;且量子点和腔模耦合强度增强时,产生激光的阈值明显减小,输出激光的峰值却增大.当泵浦作用继续增强到一定程度,因激光能级间的相干性被过强的非相干泵浦所破坏,单量子点激光输出变为零----出现了淬灭现象.     

XeF(C-A)蓝绿激光线宽压缩技术

利用表面放电光泵浦XeF(C-A)蓝绿激光器开展了激光线宽压缩技术研究,分别采用谐振腔腔镜谱带重叠法和光栅谐振腔法实现了线宽小于10 nm的窄线宽激光输出。采用谐振腔腔镜谱带重叠法,激光输出线宽约7 nm,采用光栅谐振腔法可以将激光线宽压缩到约1 nm,并实现XeF(C-A)激光的可调谐输出,调谐范围为470~495 nm。     

高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究

为了获得高光束质量的脉冲固体激光输出,研究了高斯非稳腔固体激光器的模式分布。运用边界有限元法将谐振腔内光场衍射积分方程转化成矩阵方程组,模拟分析了平凸高斯非稳腔内光阑位置、孔径大小以及高斯镜参数对输出光束模式的影响。基于理论模拟结果对激光器结构参数进行了优化,分别测量了腔内不同光阑位置和孔径下的激光器输出光束振幅及模式分布情况。在光阑半径为1 mm、光阑距高斯镜为150 mm、泵浦电压为900 V的实验条件下,光束质量M_x~2=1. 9、M_y~2=2. 3,激光最大输出能量为280 mJ的高光束质量激光输出。实验结果表明,在腔内加入选模光阑以及优化高斯镜参数可以进一步改善腔内模式分布,获得高光束质量激光输出,这与理论模拟结果基本相符。     

球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器

为了将虚共焦非稳腔输出光束质量高和角锥棱镜谐振腔具有免调试的优点结合到一起,提出了用球面角锥棱镜构成虚共焦非稳腔的方案。利用已有虚共焦非稳腔钕玻璃激光器,设计加工了一球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器。模拟计算了两谐振腔输出光束的模式分布,然后对两钕玻璃激光器进行了实验对比研究。结果表明:实验得到的模式分布与模拟计算结果相吻合,球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器与虚共焦非稳腔钕玻璃激光器分别获得了最大2176.9J和2340.6J的能量输出,二者的电光效率与束散基本相同,分别为4.3%,0.30mrad和4.6%,0.26mrad。     

注入控制铜蒸气激光方向性时间过程测量

实验研究了注入控制对铜蒸气激光非稳腔输出光束质量的影响，从输出光发散角时间分辨过程的测量结果说明注入加速被注入腔内激光发散角的减小过程。由于被注入腔内放大自发辐射的存在，为得到较好的注入控制效果，注入光的脉宽和进入被注入腔的延时必须恰当。     

Investigation of beam characteristics in toric unstable optical resonator

In this paper the characteristics of the output beam of a toric unstable resonator are investigated. Based on the Fresnel–Kirchhof integral and using numerical methods, the performance of toric unstable resonators is simulated and its output beam characteristics are also evaluated. Geometrical resonator parameters, i.e. Fresnel number and magnification as well as the output coupler diameter, are considered in this investigation. The radial and azimuthal modes of the resonator are calculated and the modal behavior of the resonator is described according to geometrical parameters. The power extraction for each specific laser mode has also been inspected by calculating the finesse factor. Using an iteration mode convergence diagram, the mode discrimination of the resonator is investigated.     

A single axial mode YAG: Nd laser with electronic linewidth narrowing

Single axial mode operation of a YAG: Nd laser based on an unstable resonator with an additional branch and electronic control of the Q-switching has been realized and investigated. The use of the additional branch with a selecting etalon makes it possible to save the output characteristics of the laser with the unstable resonator when going to single axial mode operation.     

A single axial mode YAG: Nd laser with electronic linewidth narrowing

Single axial mode operation of a YAG: Nd laser based on an unstable resonator with an additional branch and electronic control of the Q-switching has been realized and investigated. The use of the additional branch with a selecting etalon makes it possible to save the output characteristics of the laser with the unstable resonator when going to single axial mode operation.     

非稳腔输出环状激光束的传输特性

本文从菲涅耳衍射积分公式出发研究了激光器非稳腔输出环状光束在空间的传输规律.由轴上光强的极值点位置给出了划分非稳腔传输空间的近场、中场和远场区域公式.理论计算结果表明,非稳腔输出端环状光束在中场区域激光能量逐渐向轴心方向转移,而在远场变为爱里型圆盘状光束的过程.在非稳腔脉冲TEA CO_2激光器上测得的实验结果与理论计算结果很好地符合.     

An unstable confocal resonator with unitized output coupling

The structure and the output characteristics of an unstable confocal resonator with unitized output coupling were studied in detail. The output power, the electrical-photo conversion efficiency and far-field intensity distribution of high-power transverse flow cw CO₂ laser with unitized output coupling unstable resonator (the geometrical magnification parameter M is equal to 1.5) have been measured. The output power is larger than 1.8 kW; the electrical-photo conversion efficiency is as high as 14% and the far-field divergency (total angle) is about 2 mrad. Control experiments show that under otherwise equal conditions the output power and the efficiency of an unstable resonator with scraper plate coupling are 1.2 kW and 9.2%, respectively.     

腔内像散扰动对正支共焦腔模式影响的数值分析

 针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的输出光束质量和光束能量下降问题,分析了腔内像差扰动对非稳腔模式的影响,并采用数值迭代法计算了理想情形和腔内像散扰动对无源正支共焦腔输出模式强度和相位分布的影响,进一步采用Zernike模式法对光束相位进行了像差拟合,得到了前35阶Zernike像差系数、点扩散函数(PSF)分布和环围能量曲线,计算了腔内像散扰动量与远场Strehl比的关系。结果表明：对小菲涅耳数正支共焦腔,腔内像散扰动对输出光束强度和相位分布均有明显影响,相位分布中一些高阶Zernike像差也有所增大。因此在进行腔内像差校正时,应优先考虑此类像差的校正。     

Diode-pumped high-efficiency high-brightness Q-switched ND:YAG slab laser

A high-efficiency diode-pumped Q-switched Nd:YAG oscillator designed for future spaceborne applications has been demonstrated and characterized. The laser is based on a side-pumped slab geometry and uses an unstable resonator with a radially variable-reflectivity output coupler. The laser provides an output pulse energy of 100 mJ at a 100-Hz repetition rate, with a near-diffraction-limited beam and an overall electrical optical efficiency exceeding 6%.     

Estimation of output beam characteristics of laser with unstable resonator and turbulent active medium

In this paper we present calculations of the three-dimensional mode structure and output beam characteristics of unstable resonator with turbulent active medium. The calculations of the output beam are carried out in the Fresnel approximation using the well-known iterative method [1]. The active medium is modeled as a series of phase screens with Kolmogorov statistics. The dependence of output radiation parameters of the gas flow laser with unstable resonator on the strength of turbulence in active medium and parameters of resonator is under consideration.