基于台阶声光调Q外腔泵浦MgO:PPLN光参量振荡器的3.4 μm中红外脉冲串激光器

本文报道了一种台阶声光调Q外腔泵浦MgO:PPLN光参量振荡器的3.4 μm中红外脉冲串激光器.建立了基频台阶声光调Q理论模型,模拟了不同台阶调Q间隔时光子数密度随时间变化趋势,获得了台阶信号最优触发时间,确定了台阶声光调Q获得脉冲串激光输出的可能性.根据理论模拟设计台阶信号触发时间,并应用于台阶声光调Q外腔泵浦MgO:PPLN光参量振荡器的中红外脉冲串激光器实验中,在每个重复周期内声光Q开关分三次开启,获得了单脉冲包络含三个子脉冲的3.4 μm中红外脉冲串激光输出.脉冲包络内子脉冲间隔为5 μs,最窄脉宽为12.8 ns,脉冲包络重频为20 kHz,理论和是实验中均发现脉冲包络内子脉冲宽度逐渐增大.在最大平均输出功率为1.08 W时, 1064 nm基频光与3.4 μm参量光的光-光转换效率为10.05%,光束质量因子M²为2.01.     

Nd:YAG调Q激光器下能级寿命对激光脉冲性能的影响

在对Nd:YAG调Q激光器进行分析和设计时,研究人员通常选择忽略激光下能级寿命对脉冲波形的影响。当激光脉宽远大于激光下能级寿命时,这种近似一般不会带来太大偏差;而当脉宽达到纳秒量级时,Nd:YAG晶体约30 ns的下能级寿命对脉冲波形的影响会变得非常严重。建立了Nd:YAG下能级寿命对输出脉冲波形影响的理论分析模型,并对窄脉宽的Nd:YAG调Q激光器的输出波形进行仿真研究。研究结果表明,在窄脉宽激光输出情形下,激光下能级寿命会导致调Q脉冲在主峰后出现尾峰,尾峰能量可达主峰能量的一倍以上。同时建立了Nd:YAG声光调Q激光器实验系统,在与仿真计算近似的条件下测量调Q脉冲波形,观察到与仿真结果一致的尾峰现象,实验验证了理论模型的正确性。     

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.     

Ho∶YAG激光泵浦的磷锗锌光参量振荡器

介绍了由Ho∶YAG声光调Q激光器输出2.1μm激光脉冲泵浦ZGP光参量振荡器。利用1.9μm激光器作为Ho∶YAG激光器的泵浦源,调Q重复频率为15kHz时,激光器输出功率21.5 W单一波长窄线宽激光。由Ho∶YAG激光器泵浦ZGP-OPO,最大输出中波红外激光8.85 W,激光脉冲宽度14.5ns,激光器输出斜效率高达80.9%。该激光器在气体检测及光电对抗等领域有广泛的应用前景。     

1.444 mm Nd:YAG激光器的实验研究

 在理论分析的基础上设计了直腔结构1.444 mm Nd:YAG激光器，并进行了实验研究。获得了1.444 mm激光输出，当泵浦能量为55 J时，其最高静态激光输出310 mJ。电-光转换效率为0.56%，斜效率为0.81%。并实现了1.444 mm调Q输出，脉冲输出能量18 mJ，脉宽150 ns。     

基于热键合技术的Cr~(4+):YAG被动调Q固体激光器实验研究

为获得一体化ns脉冲固体激光器,设计了一种Cr4+∶YAG被动调Q的激光器,将Cr4+∶YAG和Nd∶YAG热键合到一起,并在两端直接镀膜构成F-P激光腔。实验中用光纤耦合的激光二极管端面泵浦激光晶体,实现准连续的激光脉冲输出。针对实验中存在的热透镜效应,设计了一散热片,并对风吹和散热片的实验结果进行了对比。实验证实了设计的可行性,并实现了激光器的稳定运转。     

LaMgAl11O19:Co2+被动调Q铒玻璃激光器研究

综述了被动调Q铒玻璃激光器的发展概况,推导了被动调Q铒玻璃激光器输出脉冲能量、脉宽的解析表达式,数值模拟了腔内损耗与输出脉冲能量、脉宽及峰值功率的关系以及输出脉冲能量与输入抽运能量的关系.设计了一台LaMgAl11O19:Co2 被动调Q铒玻璃激光器,实验验证了数值模拟分析结果.结果表明,腔内损耗增加将导致输出脉冲能量下降,脉宽变大,从而峰值功率降低.输入能量低于12 J时,输出只有单脉冲,当输入能量大于12 J时,输出会出现双脉冲.在8 J的电输入下,获得了峰值功率50 kW,2.7 mJ的1.535 tm激光输出.最后讨论了提高单脉冲能量的方法.     

Nd：YAG固体脉冲激光器实验研究

介绍了Nd：YAG固体脉冲激光器相关的实验项目：静态和调Q状态的出光阈值、激光脉宽、倍频和激光光束形状等.采用普通相纸、红外相纸和激光能量计检测出不同的激光器静态和调Q出光阈值;采用散射、反射和透射方法研究了静态和调Q输出激光脉冲的宽度,发现用K9玻璃和多层膜镜测试的激光脉冲宽度比散射方法的大;采用激光能量计测试激光器静态和调Q的倍频效率和倍频激光能量与倍频晶体的位置关系;激光光束探测器表征激光器静态和调Q输出光的光斑形状.通过这些实验项目,学生将深入了解和掌握固体脉冲激光器的工作原理、性能参数,以及表征激光器性能参数的仪器设备,并深入地研究解决实验发现的问题,为今后激光相关领域的工作奠定坚实的基础.     

脉冲单频Nd:YVO4激光器及其倍频输出特性研究

为了研制激光干涉成像所需的主振荡功率放大(MOPA)结构脉冲单频激光器,本文完成MOPA激光器的种子源即声光调Q脉冲单频1 064 nm激光器的特性研究,同时完成种子源腔外倍频绿光特性研究。脉冲单频激光器采用声光调Q模块实现脉宽约20 ns的1 064 nm脉冲激光输出,采用环形腔设计并采用一组不同厚度的标准具实现单纵模运转。实验研究基频1 064nm和倍频532 nm激光脉冲的线宽,得出在全脉宽范围内都具有较高时间相干性的结论。实验分别获得脉宽约28 ns峰值功率约6.5 kW的1 064 nm脉冲单频激光和脉宽约20 ns、峰值功率约0.5 kW的532 nm脉冲单频激光,腔外倍频效率为5.6%。实验同时也验证了腔外倍频的激光脉宽压缩效应。     

高功率DPSL声光调Q脉宽压窄的影响因素研究

利用调Q速率方程,从工作物质的增益和谐振腔的损耗之间的内在关系出发,论述了谐振腔内多个可变参数对激光器输出脉冲宽度的影响。用实验给予了验证。在实验中,采用高效的光耦合泵浦腔,对35个20W连续激光二极管阵列侧面泵浦的声光调Q Nd∶YAG固体激光器进行了研究,激光工作物质的尺寸为Φ4mm×115mm,使用熔石英声光Q开关,在泵浦电流I=22.2A时,获得了重复频率10kHz,脉冲宽度45.8ns,平均功率112W的1064nm调Q激光脉冲输出。光-光转换效率为21.3%,电-光转换效率为8.5%。     

1064nm纳秒激光脉冲激发的外腔式PbWO4拉曼激光器

研究了外腔式PbWO4拉曼激光器在纳秒脉冲抽运下的输出特性。利用主动调Q的Nd:YAG激光器产生的脉冲宽度为31.4ns,最大输出能量为200mJ的1064nm激光作为抽运源。拉曼激光谐振腔采用的是平凹腔设计。测量了输出的拉曼光脉宽与抽运能量的关系,分析了输出的拉曼光脉冲波形图和光谱图,测量了输出的拉曼光脉冲能量与抽运能量的关系,计算了转换效率与抽运能量的关系。当注入抽运光能量达到42mJ时,得到了一阶斯托克斯光脉冲的最大能量和转换效率分别为10mJ和24%,获得外腔式PbWO4拉曼激光器的一阶斯托克斯光脉冲波长为1177.6nm,典型的一阶斯托克斯光脉冲脉宽为20ns。     

高峰值功率中红外2.8μm脉冲光纤激光器

采用中心波长为975nm半导体激光器泵浦高掺铒氟化物双包层光纤Er∶ZBLAN,并在谐振腔内插入主动调Q元件,获得了工作频率为1~10kHz的2.8μm激光主动调Q脉冲输出.在工作频率为10kHz条件下,获得了最大单脉冲能量为134.5μJ、脉宽为127.3ns、峰值功率为1.1kW的脉冲输出.     

Cr4+:YAG被动调Q激光器输出特性

采用理论与实验相结合的方法研究了激光二极管阵列泵浦的Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG激光器的输出特性.重点分析了调Q晶体小信号透过率和反射镜的反射率对激光器的输出能量、脉冲宽度的影响.对数值模拟结果进行了实验验证,数值计算与实验结果基本一致.研究结果表明,在特定的激光晶体参数下,Cr4+:YAG被动调Q激光器的输出能量与脉冲宽度由调Q晶体的小信号透过率和输出镜的反射率决定:输出能量随着小信号透过率增加而减小,对应于一个调Q晶体透过率,有一个最佳反射率使输出能量最大;脉冲宽度随着初始透过率与反射率的增大而增大.     

主控抽运被动调Q激光器和输出特性

对脉冲抽运与增益预抽运的微腔Cr4+:YAG/Nd:YAG被动调Q激光器的稳定性进行了理论和实验研究。结果表明在抽运时抽运脉宽和重复率较大的情况下,输出激光脉冲相对于抽运脉冲抖动范围明显加大。针对此情况,采用压缩抽运脉宽和降低重复率的方法获得了波长为1.06 μm、脉宽为3.8 ns、单脉冲能量为65 μJ、相对抽运脉冲的抖动范围小于0.8 μs的激光输出。同时分析了增益预抽运的优势和缺点。     

1.47～4μm光参量振荡器

采用电光调Q脉冲YAG激光器泵浦,温度调谐和腔内工作方式,在50°切割的LiNbO_3晶体中,首次获得以3.3μm为中心调谐波长,调谐区为1.47～4μm的红外参量振荡。其输出能量大于100μJ/pulse,线宽约3cm~(-1),重复率达40pps,波长稳定性优于5cm~(-1)。     

高效LD侧面泵浦腔外倍频绿光激光器

为满足激光加工、激光彩色显示、数据存储、医疗卫生和科研等领域对绿光激光器的需要,研制了一台高倍频效率、窄脉宽侧面泵浦腔外倍频的YAG/LBO绿光激光器。分析并计算了腔外最佳聚焦参数,确定了透镜的最佳聚焦焦距。实验中,利用808nm激光二极管侧面泵浦Nd:YAG晶体,使用BBO晶体进行加压式调Q,采用四分之一波片补偿Nd:YAG晶体的热退偏,最终实现了重复频率1kHz、输出功率10.7W的1 064nm输出,最大单脉冲能量为10.7mJ。在此基础上,采用Ⅰ类温度相位匹配LBO晶体对基频光进行腔外倍频,获得了重复频率1kHz、脉宽21ns、最大输出功率6.04W的532nm准连续绿光输出,倍频效率高达59.3%。     

LD侧面泵浦电光调Q532nm脉冲激光器

 为了实现高可靠、窄脉宽、高峰值功率激光输出,采用侧面泵浦技术和电光调Q技术,设计出一种激光二极管侧面泵浦电光调Q全固态绿光激光器。采用结构简单、紧凑的平-平腔设计,其端镜和输出镜均为平面镜,获得较稳定的侧面泵浦Nd∶YAG腔外倍频KTP脉冲绿光激光输出。当泵浦电流为120A,重复频率为600Hz时,获得脉冲绿光的最高输出平均功率为3.62W,1064nm到532nm的转换效率为15.3%,其脉宽为21ns,峰值功率为300kW, 单脉冲能量为6.01mJ。实验结果表明：该激光器稳定性可靠,输出激光脉宽较窄、峰值功率高。     

高功率全固态紫外四倍频激光器

 通过对谐振腔腔镜失调灵敏度的计算,分析了声光调Q开关位置对调Q脉冲输出稳定性的影响。计算表明:Q开关放置在输出镜一侧会使脉冲序列更加稳定。在基模输出的条件下,获得了峰值功率为几十kW的调Q脉冲输出。采用BBO晶体对Nd:YAG激光器四倍频,获得了1.9 W的266 nm紫外激光输出。     

LaMgAl_(11)O_(19)∶Co~(2+)被动调Q铒玻璃激光器研究

综述了被动调Q铒玻璃激光器的发展概况,推导了被动调Q铒玻璃激光器输出脉冲能量、脉宽的解析表达式,数值模拟了腔内损耗与输出脉冲能量、脉宽及峰值功率的关系以及输出脉冲能量与输入抽运能量的关系。设计了一台LaMgAl11O19∶Co2 被动调Q铒玻璃激光器,实验验证了数值模拟分析结果。结果表明,腔内损耗增加将导致输出脉冲能量下降,脉宽变大,从而峰值功率降低。输入能量低于12J时,输出只有单脉冲,当输入能量大于12J时,输出会出现双脉冲。在8J的电输入下,获得了峰值功率50kW,2.7mJ的1.535μm激光输出。最后讨论了提高单脉冲能量的方法。     

双调Q Nd:GdVO_4激光器的脉宽控制

采用激光二极管(LD)抽运c轴切割的Nd:GdVO_4晶体,声光调制器作为主动调Q开关,Cr~(4+):YAG饱和吸收体作为被动调Q开关,实现了声光Cr~(4+):YAG主被动双调Q 1.06μm激光运转。实验结果表明,通过改变声光调制器和Cr~(4+):YAG饱和吸收体在谐振腔内的位置,可以有效地控制脉冲宽度,同时获得了双调Q激光的单脉冲能量、峰值功率的变化范围。根据ABCD矩阵传输理论计算得出的腔内模式半径沿腔轴的变化关系,考虑腔内振荡光强的空间高斯分布以及声光调制的渡越时间,给出了LD抽运声光Cr~(4+):YAG主被动双调Q激光的耦合速率方程组,理论计算与实验结果相符。