掺镱光纤放大器泵浦脉宽优化

为抑制低重复频率高能脉冲光纤主振荡功率放大(MOPA)系统的放大自发辐射(ASE)效应,达到脉冲泵浦的最佳放大效果,需要对泵浦脉宽进行优化。基于求解速率方程和功率传输方程,理论研究了脉冲泵浦下掺镱光纤放大器上能级粒子数密度、光纤内存储能量、正反向放大自发辐射的瞬态响应。在给定的泵浦功率、光纤长度、纤芯面积和掺杂数密度等参数下,数值计算得到的优化泵浦脉宽为793 s。此外,实验测定了ASE的建立时间; 通过调节泵浦脉宽,测定了脉冲泵浦下掺镱光纤放大器的放大效果,实验中得到的泵浦脉宽的优化值为800 s,证明了数值模拟的正确性。     

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率|但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.     

基于Nd∶GdVO4晶体的双波长被动调Q激光器

提出了一种基于Nd∶GdVO₄晶体的双波长正交偏振被动调Q激光器。建立了对应的速率方程模型,研究了激光器输出双波长脉冲和不同输出镜反射率条件下泵浦功率对激光输出时域特性的影响。理论研究结果表明,通过调节输出镜反射率改变双波长阈值反转粒子数密度,当π偏振阈值反转粒子数密度小于σ偏振阈值反转粒子数密度且差值较小时,激光器可以输出双波长被动调Q脉冲激光,通过增大泵浦功率可以依次产生π偏振单一波长脉冲、双波长多对一脉冲、双波长一对一脉冲、双波长一对多脉冲以及σ偏振单一波长脉冲。搭建实验装置,设置π偏振输出镜反射率为0.60,σ偏振输出镜反射率为0.95,对泵浦功率和激光输出时域特性之间的关系进行验证。随着泵浦功率的增大,激光器依次输出具有上述时域特性的脉冲激光,与数值仿真结果一致。当泵浦功率为5.51 W时,激光器输出正交偏振双波长一对一脉冲激光,其中π偏振和σ偏振的波长分别为1 063.23 nm和1 065.52 nm,平均功率分别为323 mW和462 mW,脉冲峰值功率分别为11.62 W和20.35 W,脉冲宽度分别为185 ns和168 ns,脉冲重复频率为1...     

可控制变频率微片激光器

 用20 W光纤耦合LD作为泵浦光源，对Nd^{3+sup>:YVO_{4/sub>微片进行了增益开关实验，获得了可控制变重复频率（1 Hz～25 kHz）的调Q激光输出。输出脉冲激光的宽度为16 ns，输出的峰值功率在几W。从速率方程出发进行了增益开关理论研究，通过数值解，分析了输出激光特性：当泵浦电流高于产生单脉冲的电流时，增加泵浦电流将在一个泵浦脉宽中出现多个激光脉冲输出；增加泵浦脉宽，将在一个泵浦脉宽中出现多个激光脉冲输出，泵浦脉宽越大，子脉冲个数越多；当增加重复频率时，输出与泵浦激光重复频率完全一致的激光脉冲，但也将在一个泵浦脉宽中出现多个激光脉冲输出。}}     

准分子宽带泵浦碱金属激光器泵浦特性分析

建立了以Rb-Ar混合气体为增益介质的四能级准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)含时速率方程模型,计算得到了运转过程各能级粒子数和腔内激光强度随时间的变化曲线。结果表明:XPAL的阈值泵浦强度很高,泵浦源谱宽与吸收线宽匹配不能达到提高吸收效率、降低阈值的目的; 在泵浦功率一定的条件下, 增加介质长度和温度可以提高吸收效率,但将降低单位体积泵浦速率; XPAL成功的关键在于实现有效的泵浦吸收。     

LD侧面泵浦Nd:GdVO4 532 nm绿光激光器

为了获得高功率窄脉宽532 nm绿光激光输出,通过高重复频率声光驱动调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,获得高功率线偏振1 064 nm激光输出.采用内腔倍频方式,对非线性晶体KTP进行频率变换,实现高功率窄脉宽绿光激光输出.在电源输入电流30 A,调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率30 W线偏振1 064 nm激光输出,脉宽30 ns,倍频KTP晶体获得23.4 W的532 nm绿光输出,1 064 nm到532 nm转化效率为78％.实验结果表明:通过声光调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,可以实现高功率线偏振窄脉宽1 064 nm激光输出,倍频非线性晶体KTP可获得高功率窄脉宽532 nm激光.     

掺钛蓝宝石激光放大器中放大自发辐射效应研究

 给出了描述掺钛蓝宝石激光放大器的速率方程组，通过对放大介质内反转粒子数密度和放大自发辐射的时间和空间特性的数值计算与分析，提出可通过控制泵浦光脉冲和信号光之间的时间延迟来有效地抑制放大自发辐射对放大器增益的影响。     

光纤放大器对短脉冲串动态响应的半解析

针对脉冲周期在ms量级、脉宽为ns量级的高功率激光系统输出的短脉冲串,根据其周期性特征及放大过程的特点,在忽略损耗系数和自发辐射的情况下,将1个周期近似分为泵浦和放大2个阶段。运用端面泵浦瞬态速率方程组,导出了2阶段变换时刻所对应的上能级粒子数之间的半解析关系式。据此,在模拟光纤长度对增益影响的基础上,研究了2阶段腔内平均上能级粒子数密度随时间的周期性变化关系,定量分析了脉冲前沿消耗增益对脉冲后沿形状的影响。结果表明:光脉冲前沿增益可达29.22 dB,其后沿增益低至0.82 dB,光脉冲后沿波形必然存在畸变,验证了所得结论的合理性。     

液体相位共轭技术在高重复频率双程放大器中的应用

 采用丙酮液体作为相位共轭镜改善光束质量,实验研究了高重复频率二极管泵浦Nd:YAG双程放大器中液体SBS相位共轭技术的应用。结果表明：采用光束扫描方式,较明显地减小了液体介质热效应。激光器在重复频率400 Hz、注入能量40 mJ时,反射率达到65%。激光器使用SBS相位共轭镜后光束质量由2.3倍衍射极限提高到1.3倍衍射极限,激光脉宽由23 ns压缩到5 ns。     

GHz重复频率亚百飞秒克尔透镜锁模Yb:CaYAlO4激光器

GHz重复频率飞秒激光具有高单纵模功率和高采样速率等优点,在科学前沿和工业加工等领域具有重要的应用价值.受限于锁模原理和泵浦源的可用功率, GHz重复频率克尔透镜锁模激光器的平均输出功率通常仅为数十到百毫瓦量级,限制了其直接应用.基于此,本文报道了利用高功率单模光纤激光器泵浦的GHz重复频率高功率克尔透镜锁模飞秒激光器.通过合理的腔模设计,构建了四镜环形腔结构,使晶体中激光模式可以和整形后的泵浦光形成良好匹配,以利于软孔克尔透镜锁模的实现.在8 W的泵浦功率下,首次在Yb:CaYAlO₄激光器中实现了GHz重复频率的亚百飞秒高功率锁模运转,平均输出功率为2.1 W,重复频率为1.8 GHz,脉冲宽度为88 fs,对应峰值功率大于10 kW.该实验结果表明Yb:CaYAlO₄晶体具有产生GHz重复频率高功率飞秒激光的潜力,高功率短脉宽GHz飞秒激光器可为光学频率梳和微加工等领域提供优质光源.     

声光调Q激光器所需最小衍射效率的研究

以四能级系统为例, 研究了在输出脉冲能量一定的情况下,声光调Q激光器所需要的最小衍射效率如何确定的问题.通过对调Q反转粒子数密度的求解,获得了调Q激光器输出的一定脉冲能量与腔内损耗、所需最小Q开关的衍射效率和输出镜的反射率等的关系公式.这一结果为声光调Q激光器Q开关衍射效率的设计提供了简便的估算方法.     

GaAs被动调Q兼输出耦合Nd∶YVO4激光特性研究

利用可饱和吸收半导体GaAs作为被动调Q元件和FP输出耦合镜,实现了半导体激光器(LD)抽运Nd:YVO4激光调Q运转,获得脉宽度为47ns,重复频率为1183kHz,平均功率为430mW,光束质量为M2=113的TEM00激光基横模输出,调Q抽运阈值为1700mW.并数值求解了含有GaAs被动调Q兼输出耦合的速率方程,分析了GaAs被动调Q机理以及脉宽宽度、重复频率、平均功率随抽运速率、腔长的变化关系,理论与实验结果相一致.为多功能综合型微型调Q固体激光器提供了简单有效的方法. 关键词： 被动调Q 输出耦合 GaAs     

Theoretical and experimental studies on passively Q-switched KTiOAsO4 optical parametric oscillator

A passively Q-switched intracavity optical parametric oscillator based on KTiOAsO₄ (KTA) crystal is studied theoretically and experimentally. The rate-equation-based theoretical model is established to describe the time evolutions of the population inversion density of the laser crystal, ground-state population density of the saturable absorber, fundamental photon density, signal photon density and the idler photon density. In the experiment, a laser diode-end pumped, passively Q-switched Nd:YAG/KTA IOPO with a Cr⁴⁺:YAG crystal as the saturable absorber is realized to verify this model. The characteristics including the output power, the pulse repetition rate, the pulse width and the beam quality were investigated for this OPO. The experimental results for the output power and the repetition rate agree with the theory well. And both results show that with same pumping level the idler pulse width is shorter than the signal one.     

Cr4+：YAG被动调Q激光器中受激粒子上转换效应对脉冲的影响研究

分析和报道了受激粒子能量上转换(ETU)效应对Cr:YAG 被动调Q Nd:YAG/Nd:YVO₄激光器的输出脉冲影响研究.结合ETU理论分析和被动调Q速率方程组，得到了初始反转粒子密度，末态反转粒子密度和光强最大时反转粒子密度的比值变化对激光输出脉冲宽度和脉冲能量的影响，和实验结果相一致.同时讨论了降低ETU效应的方法，有助于这类被动调Q激光器的优化设计. 关键词： 受激粒子能量上转换 Cr:YAG饱和吸收体 被动调Q     

Q-Switched Intracavity Frequency-Doubled Solid State Lasers: Influence of ETU Effect, Repetition Rate and ESA Effect

Our theoretical analysis showed that the overall intracavity frequency-doubled actively Q-switched solid state laser performance is affected by both pulse repetition rate and energy transfer up-conversion effect. The energy transfer up-conversion effect increased greatly and seriously degraded the laser performance especially when operating at high pumping power and low pulse repetition rate. The curves generated by numerical computation of the presented model can be used to predict the laser performance. We concluded that the pulse lengthening effect also appears with the influence of energy transfer up-conversion and is not related to the repetition rate. From the analysis, we found that the frequency doubling coefficient that Liu and Kim chose in their experiment was just the optimized value. Considering the effect of excited state absorption of saturable absorber into passively Q-switched intracavity frequency doubled solid state laser, the second threshold condition for this model is derived. A simple and very clear formula is obtained.     

Xenon Flash Lamp Pumped Miniature Nd:S-VAP Pulsed Laser

ＸｅｎｏｎＦｌａｓｈＬａｍｐＰｕｍｐｅｄＭｉｎｉａｔｕｒｅＮｄ：Ｓ－ＶＡＰＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＸｅｎｏｎＦｌａｓｈＬａｍｐＰｕｍｐｅｄＭｉｎｉａｔｕｒｅＮｄ：Ｓ－ＶＡＰＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒ￥ＺＨＡＯＳｈｅｎｇｚｈｉ；ＷＡＮＧＱｉｎｇｐｕ；ＺＨＡＮ...     

Modeling the pulse shape of Q-switched lasers to account for terminal-level relaxation

To account for the effect of lower-level relaxation,we have derived a characteristic equation for describing the laser pulse from the modified rate equations for Q-switched lasers.The pulse temporal profile is related to the ratio of the lower-level lifetime to the cavity lifetime and the number of times the population inversion density is above the threshold.By solving the coupled rate equations numerically,the effect of terminal-level lifetime on pulse temporal behaviour is analysed.The mode is applied to the case of a diode-pumped Nd:YAG laser that is passively Q-switched by a Cr 4+:YAG absorber.Theoretical results show good agreement with the experiments.     

超高斯光束抽运调Q固体激光器仿真模型研究

仿真计算一直是研究激光器的重要手段,而激光理论是仿真计算的基础.虽然半经典激光理论能够精确地描述激光的产生过程,但是其复杂性导致仿真需要庞大的计算资源和计算时间.为了能够更加高效地对激光器进行仿真,提出了一种调Q固体激光器的仿真模型.基于此模型,研究了影响主动调Q激光产生过程的因素.这些因素包括抽运功率、抽运光分布和模式竞争.仿真计算结果与对照实验测量数据相符合,说明了模型的有效性.     

高效全固化紫外四倍频激光器的研究

用半导体激光器抽运的调Q YLF倍频激光器抽运掺钛蓝宝石激光器，用LBO晶体在腔内产生二次谐波，再聚焦到BBO晶体上产生四次谐波深紫外激光。为了提高谐波转换效率，在腔内分别插入了单片、组合双折射滤光片和聚焦透镜，在平均功率为3.6W，波长为527nm的抽运光下得到410mW，417nm的蓝光。用长焦距的透镜聚焦二次谐波，得到34mW，208nm的紫外脉冲激光。从实验上详细研究了基频光的线宽对二次谐波效率的影响，二次谐波的线宽对四次谐波效率的影响、基频光的波长对四次谐波产生效率的影响。全面地分析了单片和组合大拆射滤光片及抽运功率对钛蓝宝石激光器基频光的脉宽、线宽等参量的影响。     

脉冲激光二极管泵浦调Q激光器泵浦时间特性研究

从调Q激光器的速率方程出发,对脉冲激光二极管泵浦的调Q激光器在不同泵浦功率及不同透过率情况下的最佳泵浦时间进行了理论分析。计算结果表明,在透过率为20%,腔内损耗为0.05的条件下,1—3倍阈值泵浦功率时,最高效率对应的最佳泵浦时间为1—1.5倍Nd∶YAG荧光寿命;7倍阈值泵浦功率及以上时,最佳泵浦时间约为荧光寿命的一半或者更短。在脉冲泵浦能量相同时,采用较短的泵浦时间(即泵浦功率较高),调Q输出的能量转换效率较高。