利用输出功率测量激光二极管端面抽运的固体激光器热透镜焦距

运用谐振腔变换圆理论,详细分析了激光二极管抽运的Nd:YVO4平行平面腔固体激光器振荡光在晶体内的基模光斑半径随抽运功率变化的U形曲线.提出在适当腔长情况下激光器的输出功率随抽运功率变化曲线上将出现凹陷或尖峰现象,利用曲线上的凹陷和尖峰可以测量激光晶体的热透镜焦距.同时在理论分析的基础上进行了实验,实验结果与理论分析相符合 关键词： Nd:YVO4 热透镜焦距 固体激光器 谐振腔变换圆     

热透镜控制激光光束质量技术研究

在端面抽运固体激光器中,就如何改善在高抽运功率时输出激光的光束质量,提出一种激光器的设计方法。在激光器谐振腔中放入多根掺杂浓度不同的激光介质,利用激光介质内部产生的热透镜控制抽运光和基模振荡光的空间分布,并且最大限度地使抽运光的分布区和基模振荡光分布区重叠,实现抽运光与基模振荡光在空间上高度匹配,进而提高抽运光能量的利用效率和振荡光的光束质量。实验表明,在不同抽运功率下,抽运光和基模振荡光在晶体内部的光斑的空间分布可通过热透镜加以控制。在端面抽运功率200 W附近时,实现了抽运光与基模振荡光较高程度匹配,光束质量因子M2由14.7改善为4.1。     

端面抽运Tm,Ho:YLF激光器热转换系数及热透镜效应的研究

根据激光二极管纵向抽运Tm,Ho:YLF激光器的能级跃迁和能量传递过程，在考虑能量传递上转换和基态重吸收的前提下，建立了准三能级速率方程理论模型.给出了Tm,Ho:YLF激光器的热转换系数的解析表达式，讨论了抽运光斑半径与激光束腰半径的比值对热转换系数的影响.实验上得到了热焦距随抽运功率的变化关系，并将其与理论结果进行了对比，发现符合较好. 关键词： Tm Ho:YLF晶体 能量传递上转换 速率方程 热转换系数     

棒状钕玻璃热容激光器热透镜自平衡补偿方法分析

针对热容激光器的热透镜效应,给出了棒状钕玻璃热容激光器的热透镜公式表达式。理论上分析了热透镜焦距自平衡补偿方法的基本原理。在考虑了棒状钕玻璃热容激光器的具体特性的基础上,设计了一种简单的热透镜焦距自平衡补偿方法,使光抽运钕玻璃热容激光器在热透镜焦距变化情况下,可以使激光输出光斑大小稳定。为了解棒状热容激光器热透镜焦距的影响,利用自研的光栅型曲率传感器测量了热容激光器总的热透镜等效焦距的大小,结果表明热传导在抽运光发射完20 s左右后才建立热平衡产生了明显的热透镜效应; 随着抽运脉冲个数的增加,热透镜效应随之变大。     

连续锁模Nd∶YVO4激光器实现1 GHz高频输出

LD抽运全固体Nd∶YVO4激光器在连续锁模状态运转下获得了高达1 GHz的重复频率.实验中采用半导体可饱和吸收镜作为锁模元件.利用透过率只有0.8%的输出镜以及可获得较小抽运光斑的2 WLD作为抽运源来优化激光器设计,有效地抑制了调Q锁模状态的运转.低的激光器振荡阈值(35 mW)和连续锁模阈值(0.8 W)显示了饱和吸收体低的插入损耗和激光器合理的设计.在最大抽运1.6 W 时获得了210 mW的平均输出功率.     

连续锁模Nd：YVO4激光器实现1 GHz高频输出

LD抽运全固体Nd:YVO4激光器在连续锁模状态运转下获得了高达1 GHz的重复频率.实验中采用半导体可饱和吸收镜作为锁模元件.利用透过率只有0.8%的输出镜以及可获得较小抽运光斑的2 W LD作为抽运源来优化激光器设计,有效地抑制了调Q锁模状态的运转.低的激光器振荡阈值（35 mW）和连续锁模阈值(0.8 W)显示了饱和吸收体低的插入损耗和激光器合理的设计.在最大抽运1.6 W时获得了210 mW的平均输出功率.     

薄片激光器热效应及其对输出功率的影响

建立了光强分布为高斯型的抽运光端面单程抽运时薄片激光器的温度模型, 实验测量了不同抽运功率下薄片介质表面的 温度分布、温度随时间的变化特性以及介质表面的温度差. 采用Hartmann法测量了薄片介质的热焦距. 考虑热焦距随抽运功率的变化, 基于四能级系统薄片激光器的速率方程组, 建立了薄片激光器热效应对输出功率影响的物理模型, 薄片激光器输入-输出功率曲线与实际相符. 所得结果对薄片激光器的设计和优化具有一定的指导意义.     

激光二极管双端抽运高功率高光束质量Z型折叠腔Nd:YVO_4激光器

在高功率激光二极管(LD)抽运条件下,固体增益介质的热透镜效应是优化激光谐振腔系统所必须考虑的重要因素之一。利用带尾纤耦合输出的激光二极管和整形聚焦透镜组组合抽运Nd:YVO4晶体,用稳腔法测量了激光晶体的等效热焦距。利用LAS-CAD软件模拟了三种热稳腔结构在所测等效热焦距下的模式分布,对LD双端抽运Nd:YVO4激光器Z字型谐振腔进行优化设计后,实验选定后腔镜曲率半径R1=300mm,输出镜曲率半径R2=100mm,腔长Ltotal=280mm,耦合输出镜透射率T=50%。当输入61W抽运功率时,激光最高输出功率达21.3W,光束质量因子M21.41,所得激光器输出结果与理论预期吻合得很好。     

采用曲率传感器测量热透镜焦距

 分析了用光栅型波前曲率传感器测量热透镜焦距的基本原理,针对高功率固体激光器的工作特点,结合实验现象推导了在热透镜效应较强时热透镜焦距变化的计算公式。对半导体二极管(LD)侧面泵浦的百W级Nd:YAG激光棒在泵浦电流为15~25 A时的热透镜焦距值进行了测量,讨论了可能存在的误差。实验现象和理论分析一致,测量的热透镜焦距值与理论值符合得较好。     

高光束质量、高功率稳定性激光器的设计及实验研究

高光束质量、高功率稳定性激光器在激光加工、激光测量等领域具有广泛的用途.为了实现激光器腔内光斑聚焦同时减少色散和体积,人们常常将曲面反射镜用在激光谐振腔中,但光束倾斜入射到曲面反射镜往往会引起像散,从而导致光斑质量恶化,并降低激光器的性能.另一方面,在高功率激光器或超短脉冲激光器中,激光增益介质热透镜焦距的起伏,是导致激光输出功率波动的主要原因之一.针对激光器的像散和功率波动这两个问题,本文提出了一套简单高效的解决方案,在考虑像散补偿和热透镜效应的基础上,基于传播变换圆理论,首次提出一种可实现高光束质量、高功率稳定性激光器谐振腔的设计方法,并对采用该方法所设计出的超短脉冲激光器进行理论与实验研究.研究结果表明,利用该方法设计的激光谐振腔,两端臂像散能够完全被补偿,实验上实现了基模高斯光束输出;当激光晶体热透镜焦距改变时,该方法所设计出的激光谐振腔内各关键位置光斑半径的变化,显著地小于普通谐振腔,在相同外界条件下,其输出激光功率稳定性明显优于普通激光器.     

不同激光分布下Nd∶GdVO4晶体热焦距分析

为了研究方形激光晶体Nd∶GdVO4在超高斯泵浦光分布下的热效应,采用半解析的分析方法,进行了理论分析和实验验证.结果表明：当使用输出功率为15 W的半导体激光器端面中心入射时,在抽运端面中心获得1.38 μm最大热形变量（超高斯阶次为2时）和220 mm的热焦距（超高斯阶次为5时）.     

A simple method to determine the thermal focal length of solid-state lasers with rate equation

A simple method to measure the thermal focal length of solid-state laser with rate equation was presented. By measuring the output beam power of lasers, the beam waist of oscillating wave can be deduced from rate equation under the stable oscillation condition. Based on the ABCD matrix theory, the thermal focus of the gain medium was easily obtained. The thermal focus of a LD end-pumped Nd:GdVO₄ laser was measured and the experimental results agreed with the theoretical predication.     

波长锁定激光二极管共振泵浦Nd:YVO_4晶体连续波自拉曼激光器的设计与研究

对波长锁定878.9 nm的激光二极管共振泵浦Nd:YVO_4晶体的全固态连续波自拉曼激光器进行了理论研究.考虑了激光晶体在共振泵浦时的热透镜效应,采用ABCD传输矩阵法和等效G参数法,计算了当采用不同曲率半径输出镜时腔内振荡激光的腔模参数,通过比较抽运光与振荡激光模式匹配的情况和拉曼晶体中基频光功率密度的大小,分析了不同腔结构对拉曼激光输出功率的影响,给出了实验结果的理论解释,并进一步优化设计了谐振腔结构.最终获得了5.3 W的高功率1175 nm连续拉曼激光输出,光光转换效率达到20%.     

半导体可饱和吸收镜被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器研究

利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模技术实现的超快脉冲激光器具有结构简单紧凑、脉冲序列稳定等优势,在许多领域有着重要用途,自问世以来受到国内外的广泛关注.分析了SESAM被动锁模侧面抽运固体激光器的具体要求,进行了不同条件下的SESAM被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器实验.获得了最高平均功率9.5 W,脉冲重复频率71 MHz,单脉冲能量约141 nJ的皮秒激光脉冲.对SESAM被动锁模侧面抽运Nd:YAG激光器进行了实验和理论分析,对实现高功率连续超短脉冲激光器进行了探讨.     

LD双端泵浦U型腔Nd∶YVO4激光器稳定性研究

 基于传输矩阵理论,针对端面抽运的U型腔Nd∶YVO4固体激光器谐振腔的稳定性进行了理论分析和数值模拟。通过改变“U”型腔各个臂长得到不同腔臂长条件下谐振腔的稳区范围和晶体中心处的振荡光斑,比较稳区范围以及振荡光斑,找出一组腔参数值使谐振腔能够在较高泵浦功率下保持稳定且振荡光斑足够理想。按照确定的腔参数值进行了具体实验,实验结果表明:按选定参数设计的谐振腔在调Q重复频率为100kHz,泵浦功率为60W时,激光器能够稳定工作并输出21.6W的高重频激光,谐振腔稳区范围的变化规律与理论计算基本吻合。     

Internal resonantly enhanced frequency doubling of continuous-wave fiber lasers

In this Letter we describe a simple method for frequency doubling in high-power CW fiber lasers that offers the prospect of very high conversion efficiency and high power in the visible wavelength regime. Our approach is based on second harmonic generation in an enhancement resonator within the fiber laser cavity and does not require active cavity length stabilization. This technique has been applied to a cladding-pumped Yb-doped fiber laser to generate 19 W of linearly polarized CW green output at 540 nm, with excellent temporal stability for 90 W of absorbed diode pump power at 975 nm. The prospects for further improvement in performance with respect to conversion efficiency and output power are considered.     

降低热不稳定性的激光二极管泵浦固体激光器

通过谐振腔腔结构理论研究了在端面泵浦固体激光器中,等效热反射镜曲率半径变化时,振荡光半径的变化速率理论和实验都表明,通过调整谐振腔的参量,使得该变化速率接近零,可以有效地抑制热效应导致的激光功率不稳定性。     

Radially polarized laser beam from a Nd:YAG laser cavity with a c-cut YVO4 crystal

We demonstrate the generation of a radially polarized beam by simply inserting an undoped c-cut YVO₄ crystal into a Nd:YAG laser cavity. In a hemispherical cavity, the cylindrically symmetric, positive birefringence of the YVO₄ crystal extends the stability limit of the cavity length for an extraordinary ray (radial polarization) compared to an ordinary one (azimuthal polarization). By adjusting the cavity length, a radially polarized beam with an output power up to 1 W was selectively obtained. In addition, a higher-order transverse mode was also generated by arranging the cavity design. The method demonstrated in this paper can be readily applied to laser systems with an isotropic laser medium. PACS 42.60.Da; 42.25.Lc; 42.25.Ja     

腔内双棒串接的基模动态稳定腔研究

为了获得大功率高亮度的激光光源,设计并实现了一种使用双棒串接的基模动态稳定谐振腔.通过补偿热致双折射效应以及合理地设计腔内参数,在使用闪光灯抽运的条件下获得了61W的基模连续输出.使用等效热透镜的方法分析了谐振腔参数对激光器性能的影响,解释了输出镜和全反镜的距离对激光器性能所起的不同作用. 关键词： 动态稳定腔 双棒 谐振腔模式     

10 GHz regeneratively mode-locked semiconductor optical amplifier fiber ring laser and its linewidth characteristics

A 10 GHz regeneratively mode-locked semiconductor optical amplifier fiber ring laser with a picosecond pulse duration was newly constructed, and the linewidth change of a longitudinal mode was measured for various laser cavity lengths using a delayed self-heterodyne detection method. The detected line shape was approximately Gaussian for cavity lengths of 3.4-171 m. This result indicates that the laser linewidth depends strongly on thermal or acoustic cavity length fluctuations. The linewidth was proportional to the inverse square root of the cavity length, and a linewidth of 1.7 kHz was obtained for a cavity length of 171 m.