泵浦用高平均功率二极管激光器研制

针对高平均功率线阵二极管激光器(DL )芯片的工作要求,开展了相应的封装结构设计和高效冷却技术研究.封装的单条线阵DL连续输出激光功率50 W,工作寿命达到5 000 h,10%占空比准连续输出激光脉冲功率150 W,25%占空比准连续输出激光脉冲功率100 W,工作寿命达到5×109次脉冲.采用模块式封装方式由25个模块堆叠,制作出了连续激光功率1 kW和20%占空比工作脉冲功率2.5 kW的叠阵二极管激光器.     

高密度封装二极管激光器阵列

 理论模拟了自制的高效冷却器的散热能力,分析了单元封装结构所需材料的导热特性,获得了高功率二极管激光器在高功率密度、高占空比条件下运行的可行性。改进了高密度封装的关键工艺,热沉金属化层达到了3~5 mm,焊料厚度为4~7 mm,封装间距0.6 mm,采用峰值功率1 kW的背冷式叠阵二极管激光器。实验测试结果表明:封装的二极管激光器叠阵单元的整体封装热阻为0.115 ℃/W,有良好的散热能力;该叠阵模块在电流为100 A、占空比15%时,输出峰值功率为986 W,峰值功率密度达到1.5 kW/cm2,平均每个板条的斜效率为1.25 W/A,激光器阈值电流为20 A左右。     

高占空比、高功率线阵二极管激光器封装技术

 对高占空比、高功率线阵二极管激光器的封装技术进行了研究,给出了封装器件性能测试结果：在占空比20%（200μs,1000Hz）时获得峰值功率大于40 W的激光输出,100～1000Hz 重复频率下,输出激光中心波长为 805～808 nm, 谱线宽度3.2～4.2 nm,激光起伏小于 1%。     

基于相变冷却的大功率二极管激光器技术

 设计了一种基于相变冷却方式工作的大功率二极管激光器,该激光器的散热器是基于节流式喷射微槽道相变冷却的原理,使冷却液在微槽中的气化率达到了70%,大幅度提高了冷却效果,减小了冷却液流量,在同样制冷功率条件下,冷却液流量仅为水冷方式的1/10。利用相变冷却器进行了背冷式半导体激光器叠阵封装工艺的研究,采用复合热沉与AuSn硬焊料结合的新型封装工艺,完成了准连续3 kW叠阵的封装。实验测试表明,单元叠阵的输出功率达到3.01 kW,占空比10%,封装间距为1.3 mm,光谱宽度小于3.5 nm。最大功率输出时所需R134a冷却液的流量仅为110 mL/min。     

高平均功率面阵二极管激光器散热分析

 采用三维有限元法分析了面阵二极管激光器背冷式封装结构的散热效率,对次热沉厚度,冷却器结构参数进行了优化设计,计算结果表明,优化设计后的封装结构,可满足面功率密度为500W/cm²,占空比为20％的高平均功率面阵二极管激光器的散热要求。     

kW级光纤耦合输出二极管激光器模块

基于二极管激光器mini-bar的光纤耦合方式是一种降低耦合系统成本并提高整体转换效率的方法, 为此,采用40片封装在铜微通道冷却器上的连续60 W二极管激光器mini-bar组成空间叠加阵列,作为耦合光源,采用非球面柱透镜及柱透镜阵列对mini-bar叠阵进行了快轴与慢轴的准直,实现了两列叠阵的激光束沿快轴方向的空间合成以提高叠阵激光束的填充因子,合成后的激光束可以耦合进入芯径为800 m、数值孔径为0.22的光纤。测试结果表明,光纤耦合模块输出功率最高为1360 W,整体光光效率58%,光纤端面的功率密度达到1.73105 W/cm2。     

连续100W量子阱二极管激光器封装工艺

为了提高激光器输出功率,对研制的铜微通道冷却器性能进行了测试,分析了其散热能力。设计了一种在软焊料中掺杂金属添加剂的工艺,有效抑制了晶须生长,并利用该冷却器和新工艺封装出了连续100W大功率二极管激光器,并对封装的器件进行了性能测试。测试结果表明,封装的连续100W器件在工作电流105 A时,输出功率超过了100W,中心波长为808.5 nm,光谱半高宽为2.15 nm,器件的smile尺寸小于2μm,部分值小于0.5μm。     

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2mm,单个发光单元宽度为100μm,发光单元周期为500μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195W,光纤端面功率密度达到1.55×105W/cm2.     

高功率叠阵二极管激光器光束整形

采用光线追迹法详细分析线阵二极管激光器经微球面柱透镜快轴准直后的光强变化情况,利用快轴准直微球面柱透镜的球差可调整输出激光光强分布的特性,得出了快轴准直输出发散角约5°时光强分布具有较好的平顶形式。根据叠阵二极管激光器输出光的特点,设计了由25个二极管激光器组成的叠阵二极管激光器的光束整形输出系统,该系统由快轴准直微透镜、快轴耦合透镜和慢轴耦合透镜组成,把需要泵浦的激光介质薄片设计在快轴耦合透镜的焦点上,并且在慢轴耦合透镜的成像面附近,得到了7mm×8mm的泵浦光斑,光强不均匀性约10%,输出效率达到85%。     

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2 mm,单个发光单元宽度为100 μm,发光单元周期为500 μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50 W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400 μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195 W,光纤端面功率密度达到1.55×105 W/cm2.     

可调脉冲宽度的调Q掺铥双包层光纤激光器

在激光器输出平均功率一定的情况下,峰值功率主要取决于调制频率和脉冲宽度。这使得脉冲宽度的调节具有一定的实际应用价值。对调Q掺铥双包层光纤激光器进行研究,首先确定了激光器的最佳输出透过率,在65%最佳透过率时,得到2 m激光的输出功率3.9 W,斜率效率为31%。外接一个信号发生器,信号门宽从12 s变化到18 s,并测量了调制频率分别在30 kHz、40 kHz和50 kHz时输出脉冲宽度的变化情况,得到了555.6 W的最高峰值功率,实现了脉冲宽度从163.4 ns到207.9 ns的变化。实验情况证实了用外接信号发生器能有效控制激光器的输出脉冲宽度。     

全光纤调Q激光器腔内脉宽压缩技术

为了压缩MOPA全光纤调Q激光器脉冲宽度,对谐振腔基本参数进行了研究。首先,根据速率方程理论推导出脉冲宽度的表达式,通过数值解建立表达式参数与脉冲宽度的关系。然后,分析增益光纤长度、腔镜输出透过率、Q开关性能等谐振腔基本参数对全光纤调Q种子源输出脉冲宽度的影响并通过实验来逐一验证结果。最后,通过优化的参数搭建全光纤调Q激光器,在重复频率为20 kHz时,得到脉冲宽度为54 ns、平均功率为0.86 W的种子激光输出。在重复频率为100 kHz时,对脉宽142 ns、平均功率为1.66 W的种子光进行预放大和功率主放大,最终得到平均功率120 W、脉宽180 ns、光谱宽度为0.67 nm的稳定脉冲激光输出。通过提升AOM性能、减小增益光纤长度等参数优化方式构建调Q光纤激光器,能有效压缩谐振腔内脉冲宽度。     

稳定的全光纤飞秒激光光源

我们在实验上研究了掺Er³⁺全光纤飞秒激光器的稳定性,得到了令人极其满意的结果.锁模脉冲串如一幅图画贴在荧光屏上,一整天也不飘动.激光器的结构是环形腔.用输出功率为56mW,波长为980nm带尾纤的二级管激光器泵浦时,双路输出分别为194μW和97μW.激光器的阈值14.8mW,脉宽260fs,中心波长1.531μm,重复频率21.3MHz,光谱宽度33.6nm,说明可以产生很短的脉冲.这激光器小型、稳定、可靠、用途广.它是传感器和光通讯的好光源,在科研领域具有潜在的用途.     

基于预啁啾管理放大的掺镱锁模光纤激光器

报导了一种采用预啁啾管理放大技术实现的百飞秒级掺镱光纤激光器系统。该系统首先利用非线性偏振旋转技术搭建锁模种子激光,实现重复频率为82.3 MHz、压缩后脉宽接近180 fs的近线性啁啾稳定脉冲序列。种子脉冲通过预放大级和预啁啾管理放大级后获得了平均功率为12 W、压缩后脉宽低于100 fs的脉冲。经过预啁啾管理放大级的压缩后脉冲宽度明显优于种子激光的压缩后脉冲宽度。     

AlGaInAs半导体饱和吸收体调Q特性的理论与实验研究究

利用通过金属化学气相沉积法长成的AlGaInAs饱和吸收体,对808 nm LD泵浦的Nd:YVO₄键合晶体进行被动调Q,获得了波长为1.06 mm的激光脉冲,测量了脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复率随泵浦功率的变化。当泵浦功率为10.57 W时,激光平均输出功率为3.45 W,斜效率为39 %,重复频率达到最大值101 kHz。当泵浦功率为8.07 W时,脉冲宽度达到最小值1.76 ns。利用速率方程对该激光器进行理论分析,计算出输出脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度和重复频率的理论值,实验结果和理论结果基本一致。     

基于石墨烯的1 064 nm连续锁模超短脉冲激光器

介绍了利用沉积在增透镜上的石墨烯薄膜作为可饱和吸收体、808 nm激光二极管端面泵浦Nd∶YVO4晶体的1 064 nm连续锁模激光输出特性。采用W型折叠谐振腔结构,在808 nm泵浦功率为8.0 W时,有稳定的连续锁模脉冲输出,平均输出功率达到185 mW;当抽运功率增加到16.0 W时,获得了中心波长1 063.4 nm、脉冲宽度为518 fs、重复频率为66.7 MHz、最大平均输出功率为323 mW的百飞秒量级超短脉冲激光输出。实验结果表明:石墨烯具有优良的可饱和吸收性,在1 064 nm波段能够实现高功率、百飞秒量级连续锁模脉冲激光输出。     

A diode-pumped linear intracavity frequency doubled Nd:YAG rod laser with 40 ns pulse width and 73 W green output power

We analyzed a linear cavity for intracavity frequency doubling of a diode-pumped acousto-optic Q-switched Nd:YAG rod laser, and showed that a green laser beam with a short pulse width can be generated efficiently. A green laser output power of 73 W corresponding to the 83.9% of maximum IR output power was obtained with a 40 ns pulse width at a 10 kHz repetition rate. A green output power of 40 W with a 35 ns pulse width was measured at a 5 kHz repetition rate. Minimum laser pulse width of approximately 32 ns was obtained around 1 kHz repetition rate for both green and IR laser beams.     

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。     

星载激光相干测高计的参量设计

为使星载激光高度计实现高空间分辨力、高距离精度,提出了联合采用调频光纤激光器和相干测距的方法.详细讨论了这种方法的实现方案,并对方案中的激光发射功率、望远镜口径以及脉冲宽度对距离精度及信噪比的影响进行数值模拟.对系统参量进行分析,得到了相关参量的关系和优化的参量.结果表明,当望远镜口径为400 mm时,啁啾调频速率为1 MHz/μs,脉冲时间宽度150～350 μs, 发射功率10 W左右时,基于相干测距的星载激光高度计可以实现距离精度小于15 cm的技术指标.