LD泵浦Yb∶YAG固体激光器研究进展

Yb3+离子掺杂YAG晶体(Yb∶YAG)作为一种性能优良的激光晶体已广泛应用于高效、 高功率激光领域,在光纤温度传感器、激光切割钻孔以及军用领域都具有重要的应用价值。本文分析了Yb∶YAG作为激光增益介质的优势,对近年来国内外激光二极管泵浦Yb∶YAG激光器的研究进展进行了总结,分别介绍了Yb∶YAG透明陶瓷激光器、掺镱光纤激光器,可调谐Yb∶YAG激光器、Yb∶YAG薄片激光器以及双波长Yb∶YAG激光器的最新研究情况,并对其发展前景进行了展望。     

近衍射极限输出的大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器

利用激光器实现高光束质量、高峰值功率输出是近年来的研究热点。采用芯层与包层折射率匹配的方法,同时利用模式竞争的选模特性,通过模拟晶体波导芯层各阶模的相对增益,计算出在腔内不同饱和光强下芯层的截止尺寸,制备了大芯径尺寸晶体波导,试验研究了大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器输出特性。采用芯径尺寸为320μm×400μm的1.0%(原子百分数)Yb:YAG,包层尺寸为7 mm×30 mm的0.5%(原子百分数)Er:YAG,长度为77 mm的单包层矩形晶体波导,平凹腔电光调Q,获得脉冲能量1.29 mJ@10 kHz,脉冲宽度10 ns,光束质量M~2=1.15×1.10的输出。试验证明大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器可获得近衍射极限高峰值功率脉冲输出。     

M2≤1.14的LD抽运的Yb∶YAG微晶片激光器

采用国产1 W的InGaAs激光二极管(LD),掺杂浓度为10 at.-%的Yb∶YAG微晶片(φ5 mm×0.6 mm),室温下获得了输出功率91.5 mW,波长1.049 μm的基模激光连续输出,光束质量M2≤1.14,斜率效率为30%.在晶体制冷情况下,获得了111 mW的激光输出,斜率效率达40%.     

大芯径晶体方波导SESAM锁模激光器的色散补偿研究

报道了一种基于Yb∶YAG大芯径晶体方波导的全固态被动锁模激光器。在腔内使用Gires-Tournois干涉（GTI）镜对色散进行补偿,获得了平均功率为16 W、脉冲宽度为2 ps、重复频率为31.7 MHz的激光输出。实验研究了大芯径晶体方波导锁模激光器的输出特性,并提出了提升输出功率的方法。     

Yb∶YAG陶瓷强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器性能研究

报道了通过键合Yb∶YAG激光陶瓷来强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的研究结果。实现了Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器的激光输出。当吸收抽运功率为7.1W时获得了0.53W的自调Q激光输出,对应的光-光转换效率为7.5%。在实验中获得了脉冲能量大于25μJ、脉冲宽度小于3ns、峰值功率高达9kW的自调Q激光脉冲输出。同时研究了输出耦合镜透射率对Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的影响。     

激光二极管抽运低温Yb∶YAG再生放大器

通过对Yb∶YAG晶体荧光谱线的分析,讨论了其低温条件下的增益特性。利用激光二极管作为抽运源,采用背向端面抽运方式,使用掺杂原子数分数为8%的片状Yb∶YAG晶体,搭建了一台低温条件下工作的再生放大器。通过小能量信号光注入,在-90℃的低温下,可以得到重复频率10Hz,脉宽10ns,能量10.3mJ的激光脉冲输出,放大倍数达107倍。     

LD泵浦的Yb∶ YAG激光器最新进展

简要介绍了Yb∶ YAG晶体的激光特性,重点介绍了LD泵浦的Yb∶ YAG激光器在几个国际著名的研究机构的最新进展,并展望了高功率Yb∶ YAG激光器发展趋势.     

基于Yb:YAG/Cr4+:YAG/YAG键合晶体的高峰值功率短脉冲激光器

采用Yb:YAG/Cr4+:YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器,获得了高峰值功率的1 029 nm短脉冲激光。研究了泵浦功率和初始透过率对脉冲性能的影响及作用机制,对比发现初始透过率为85%的键合晶体,脉冲性能最好,在7.2 W泵浦功率下,脉宽短至3.14 ns,峰值功率高达87 kW。另外还研究了输出光谱随功率的变化规律,发现晶体具有较好的热学性能。这表明,与无掺杂的同基质晶体键合或者降低可饱和吸收体的初始透过率,都有助于获取高峰值功率的短脉冲激光输出。     

带有光子晶体波导的微型随机激光器研究

文中采用有限时域差分(FDTD)法研究了ZnO随机介质与光子晶体波导相结合的微型激光器的辐射特性和频谱特性,用平面波展开法分析了光子晶体能带特性。数值研究结果表明:由于光与随机介质相互作用,使得光在该微型激光器中放大,损耗减小,存在较长滞留时间,同时随机介质局域光的能力变强,激光的阈值降低,而且含四方格子结构光子晶体的激光器具有良好的激光特性和调制作用。该新型器件的设计与研究将为研制可嵌入集成光子芯片的、低阈值的微型激光器提供理论基础。     

Diode-pumped Yb∶YAG quasi-three level thin-disk laser with 1024 nm output

采用二极管泵浦Yb∶ YAG晶体实现准三能级连续1024 nm薄盘激光器,1024 nm谱线是由Yb∶YAG晶体内的2F5/2-2F7/2能级跃迁实现的,实验中采用折叠腔结构.泵浦光16次通过Yb∶ YAG晶体,当注入泵浦功率为17.9 W时,1024 nm激光输出功率为370 mW,通过采用Ⅰ类临界位相匹配LiB3O5 (LBO)晶体进行腔内二次谐波倍频,获得最大输出功率为45 mW的512 nm蓝-绿激光稳定输出,蓝-绿色激光30 min功率稳定度优于4.3％.     

Yb∶YAG晶体荧光性能的调控研究

为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器,结合密度泛函理论和晶体场理论,对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算,分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能,并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明,通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法,共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。     

用Cr∶YAG被动调Q的Yb∶YAG激光

用连续钛宝石激光器作抽运源 ,在室温下用Cr4 +∶YAG作可饱和吸收体实现了Yb∶YAG晶体的被动调Q激光输出。实验中获得了在 1 0 3μm平均功率为 5 5mW和脉宽 (FWHM )为 0 35 μs的被动调 Q激光。Cr∶YAG的初始透过率对Yb∶YAG被动调 Q 激光的脉宽 (FWHM )和重复率有一定影响。实验表明Yb∶YAG晶体是一种有前景的结构紧凑、高效和全固化的被动调Q激光晶体。     

Er3+∶Yb3+共掺磷酸盐波导激光器的新型数值模拟

文章系统地研究了Er3 ∶Yb3 共掺磷酸盐玻璃波导的性质, 在稳态情况下建立并求解其准三能级系统的速率方程.利用数值分析的方法模拟了980 nm二极管激光器抽运时输出光功率的特性.计算结果表明:经过优化分析,得到了较高的输出光功率和斜率效率,其阈值功率也比较低.     

二极管泵浦Yb∶YAG准三能级1024 nm薄盘激光器

采用二极管泵浦Yb∶YAG晶体实现准三能级连续1024 nm薄盘激光器,1024 nm谱线是由Yb∶YAG晶体内的2F5/2-2F7/2能级跃迁实现的,实验中采用折叠腔结构。泵浦光16次通过Yb∶YAG晶体,当注入泵浦功率为17.9 W时,1024 nm激光输出功率为370 mW,通过采用I类临界位相匹配LiB3O5(LBO)晶体进行腔内二次谐波倍频,获得最大输出功率为45 mW的512 nm蓝-绿激光稳定输出,蓝-绿色激光30 min功率稳定度优于4.3%。     

单横模光子晶体微腔激光器的研究

对单横模激射的光子晶体垂直腔面发射激光器的设计具有指导作用。把单横模光子晶体光纤理论用于光子晶体微腔,分析有效归一化频率随晶格常数和填充比的变化关系;采用时域有限差分方法计算二维空气孔型三角结构光子晶体的完全带隙。利用上述计算结果,选取合适的光子晶体结构参数,实现单横模激射。从载流子数面密度和光子数面密度的速率方程出发,分析了光子晶体的引入对激光阈值的影响。     

二维光子晶体对耦合波导激光器侧模的调制研究

利用光子晶体的自准直效应来调制耦合波导激光器的侧模,并用时域有限差分（FDTD）方法对五通道和九通道耦合波导激光器进行仿真,成功改变了模式的传播方向,使得相邻光场之间的相位差从兀变为零。在两种耦合波导结构中分别获得了远场发散角为12°和7°的单峰,既兼顾了激光器的稳定性,又得到了高质量的光束。     

Yb∶YAG晶体的热学性质

对中频感应提拉法生长的不同掺杂浓度的Yb∶YAG晶体的比热和导热性能进行了测试。表明Yb3 +离子的掺杂导致了晶体比热的减小和晶体导热性能的降低 ,并认为导热性能降低是Yb3 +掺杂产生的晶格畸变导致的     

高温H2退火对Yb∶YAG晶体光谱性能的影响

研究了不同掺杂浓度的Yb∶YAG晶体氢气退火前后的色心吸收 ,发现随着Yb2 O3 浓度的增加 ,色心浓度并不增加。测量了退火前后不同浓度晶体的荧光光谱和荧光寿命 ,指出低浓度掺杂时 ,色心对发光强度和荧光寿命没有猝灭作用 ,只有在掺杂浓度大于 1 0at. %时 ,色心吸收的加强对发光强度和荧光寿命才有明显猝灭作用