高重复频率电光调Q全固态激光器研究进展

高重复频率窄脉宽全固态激光器在激光加工领域以及空间激光通信、激光雷达、激光测距等空间应用领域都具有巨大的市场需求和广阔的应用前景.利用电光调Q方式可以获得窄脉宽、大能量激光脉冲输出,且具有良好的稳定性.近年来,随着新型电光晶体的出现,电光调Q开关的工作重复频率得到了显著的提高.主要综述高重复频率电光调Q全固态激光器在高速Q开关性能及激光输出方面的研究进展,并简要报道了研究小组在该研究领域取得的最新实验结果.     

毫秒激光器高频电光调Q技术

对连续激光器和脉冲激光器的理论进行了研究和分析,研制出毫秒量级宽脉冲Nd∶YAG激光器,其输出脉冲宽度为1～6ms,输出波长为1.064μm,能量为2～6J。利用电光效应,实现该激光器高重复频率电光调Q,调Q频率为1～5kHz,在每个宽脉冲中可以获得5～30个窄脉冲,每个窄脉冲宽度为30～50ns。通过调节泵浦电脉冲的脉冲宽度,可以调整宽脉冲Nd∶YAG激光器的输出能量和脉冲宽度。     

百瓦级高重频腔倒空电光调Q激光器

为了获得高功率高重频窄脉宽激光输出,通过双棒串接技术和高重频电光腔倒空技术,实现了百瓦级短脉宽、高重频和高稳定1 064 nm线偏振激光输出。在电源输入电流35 A,在不加调Q时候,获得高达426瓦连续线偏振激光输出,电光转化效率18.8%。在加调Q时,驱动频率10 k Hz的条件下,获得最高功率240 W线偏振1 064 nm激光输出,单脉冲能量24 m J,脉宽5 ns左右,峰值功率约4.8 MW。试验结果表明:通过腔倒空调Q技术和双棒串接技术,可以实现高功率高重频窄脉宽线偏振1 064 nm激光输出。     

全光纤电光主动调Q激光器

利用马赫曾德尔Mach-Zehnder (M-Z)结构的尾纤型铌酸锂(LiNbO3)电光强度调制器作为Q开关元件,采用974nm半导体激光器作为泵浦源,峰值吸收系数为110dB/m的掺杂铒纤作为增益介质,实现了1550nm波长的全光纤主动调Q激光器。通过电光强度调制器对腔内损耗进行周期性调制,实现Q开关作用,获得了稳定的调Q脉冲输出。实验中通过改变泵浦功率和调制频率,研究了脉冲宽度和峰值功率的变化规律。获得输出脉冲重复频率50Hz-88kHz可调,重复频率1kHz时获得最窄脉冲宽度246ns,峰值功率近5W。     

5kHz电光调Q LD端面泵浦Nd:YVO 紫外激光器

介绍了二极管连续激光器（LD）端面泵浦Nd:YVO4晶体，在200~5000Hz电光调Q的情况下激光输出的特性。当二极管输入电流10W，电光Q开关重复频率为1kHz时，355nm激光的平均输出功率为15mW，脉宽为20ns。并对实验结果进行了分析和讨论。     

高重频声光调Q掠入射激光器的掠入射角度优化

为了实现了高重复频率声光调Q运转,通过分析掠入射激光器中的等效抽运光模式,对掠入射激光器的掠入射角度进行了优化,获得重复频率大于2MHz的声光调Q TEM00基模的实验输出.理论分析和实验结果表明,掠入射激光器存在一个优化的掠入射角度可以获得尽量小的抽运光模式横截面积,有利于激光器获得高增益和实现高重频运转.     

5kHz电光调Q LD端面泵浦Nd:YVO4紫外激光器

介绍了二极管连续激光器(LD)端面泵浦Nd:YVO4晶体,在200～5000 Hz电光调Q的情况下激光输出的特性.当二极管输入电流10W,电光Q开关重复频率为1kHz时,355nm激光的平均输出功率为15mW,脉宽为20ns.并对实验结果进行了分析和讨论.     

LD抽运直角棱镜腔电光调Q固体激光器

为了改善在热传导冷却非均匀抽运条件下,热效应引起的光束质量和输出稳定性的下降,采用了半圆柱面LD阵列结合直角棱镜谐振腔结构,获得高稳定性、高光束质量的激光输出.所研制的样机在重频20Hz工作,单脉冲能量75mJ,光轴漂移量小于0.1mrad,远场发散角2.2mrad,输出稳定性≤3%.     

高重复频率电光调Q双波长激光器

高重复频率双波长激光器在远程激光测距、光电对抗、激光通信、激光雷达等领域具有重要的应用价值。为了获得高重复频率率双波长激光输出,首先通过高重复频率驱动电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,获得高功率、高重复频率、窄脉冲宽度的线偏振1.06μm激光输出。再利用内腔差频方式,对周期极化晶体钽酸锂(PPLT)进行差频变换,获得1.46μm和3.9μm双波段激光输出。在激光器电源抽运电流25A、调制频率10kHz时,实现40 W的1.06μm激光输出,泵浦PPLT晶体获得最高功率为2.6W的3.9μm和4.2 W的1.46μm激光,差频转换效率为17%。试验结果表明:通过高重复频率电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,可以实现高重复频率、窄脉冲宽度1.06μm光输出,泵浦PPLT可获3.9μm和1.46μm双波长激光输出。     

670.7 nm电光调Q Nd:YAP/LBO激光器

介绍了一台高峰值功率的脉冲红光固体激光器.通过激光晶体和非线性光学晶体的对比与选择,采用掺杂浓度为1 at%的b-轴切割的Nd:YAP晶体作为激光增益介质,并通过电光调Q,输出1341.4 nm波长的激光脉冲,再选用Ⅰ类临界相位匹配三硼酸锂(LBO)作为倍频晶体,其匹配角度为θ=86.13°,φ=0°,进行腔外倍频的实验研究.当1341.4 nm电光调Q的基频激光输出能量为126 mJ时,获得51.1 mJ、脉宽为40 ns的670.7 am脉冲倍频红光输出,二次谐波的能量转换效率为40.5%.由于采用电光调Q运行模式,脉宽可窄到40 ns,670.7 nm红光的峰值功率高达1.277 MW,大大拓宽了在激光美容、医学治疗等领域的应用.     

激光二极管连续抽运电光调Q Nd:YVO4激光器

报道了全固态激光器连续抽运高重复率电光调Q的实验和理论分析结果。用LGS（La3Ga5SiO14）晶体作电光调Q元件，在激光二极管（LD）端面抽运Nd：YVO4激光器中实现了较高重复率的电光调Q输出。实验中在10^4Hz重复率下，抽运功率为28w时，平均功率超过5W，脉冲宽度为7ns，峰值功率为70kW，并对不同重复率时的脉冲输出进行了比较，在低重复率下，脉宽〈6．5ns，峰值功率超过100kW。在理论上，通过对连续抽运时的电光调Q速率方程进行修正，并考虑放大自发辐射（ASE）的影响，对调Q激光器的储能过程和脉冲输出特性进行了模拟，所得结果和实验数据能够很好地吻合。最后，利用LasCad软件对晶体的热效应进行了模拟，并利用临界稳定腔方法对热焦距进行了测量，测量和模拟结果基本一致。     

准分子激光器及其应用

本文评述了准分子激光在激光加工、激光医疗中的应用前景,非线性光学在准分子激光技术中的运用,以及近年来高重复频率与高亮度准分子的激光器件的新进展。     

高光束质量窄脉宽激光器

最大测程作为评估测距性能的综合性指标,成为影响武器系统作战效能的重要因素。为了研制满足作战效能的远程激光测距系统的高光束质量窄脉冲宽度种子源,采用将传统高重频电光调Q 磷酸钛氧铷晶体应用于低重频调Q的方法,实现了重复频率25Hz、脉冲宽度1.8ns、单脉冲能量1.5mJ的输出,光束质量M2<1.3。结果表明,该研究为远程激光测距系统所需窄脉冲宽度1ns~3ns、大脉冲能量200mJ、高光束质量的1064nm无水冷全固态激光源提供了合格的种子源。这一结果对高光束质量窄脉冲宽度的激光器的设计是有帮助的。     

用金属氧化物半导体场效应晶体管器件实现的高重复率电光调Q模块设计

随着激光器的发展,需要高重复率的电光调Q器件。提出了一种新型超快、高重复率的电光调Q技术,这种技术采用V型槽的金属氧化物半导体场效应晶体管(VMOSFET)器件作为调Q模块的主功率开关,运用宽范围可调的高压稳压电源和调Q触发信号整形电路,以及加压调Q和退压调Q的兼容电路。实验中得出:当调Q工作频率为10 kHz时,调Q电压幅度3~5 kV任意可调,电压脉冲宽度小于5 ns,触发抖动时间小于1μs,且可以长期稳定工作。该调Q模块已经用于激光二极管(LD)抽运的无水冷固体Nd∶YAG激光器和连续Nd∶YAG激光器中。     

激光二极管双端抽运声光调Q高重复频率Nd:GdVO4激光器

激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPSSL)的调Q器件是获得高重复频率、高峰值功率的有效手段之一,随着激光雷达、激光加工业的发展,要求调Q器件向着更高重复频率的方向发展。Nd∶GdVO4以其优异的物理和激光特性,使得它在激光二极管端面抽运固体激光器的声-光(A-O)调Q器件中,即使在很高的调制重复频率下,仍可获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。理论分析了影响脉冲激光的输出能量和脉宽大小的决定因素,研究了脉宽、平均输出功率及峰值功率随调Q重复频率的变化关系。利用双激光二极管双端抽运Nd∶GdVO4晶体棒,实现了声-光调Q高重复频率窄脉宽1063 nm激光输出。在晶体入射端面总抽运功率约43 W条件下,当重复频率f=10 kHz时,获得脉宽Δt=10.2 ns,单脉冲能量E=0.95 mJ,峰值功率PM=93.1 kW的输出;在重复频率f=100 kHz时,获得Δt=28.1 ns,E=0.10 mJ,PM=3.6 kW的结果。     

半导体可饱和吸收镜锁模光抽运垂直外腔面发射半导体激光器

介绍了半导体可饱和吸收镜锁模光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的原理、基本结构特点、应用及设计中的主要问题,对其研究进展及未来发展趋势作了分析和总结。     

高重复频率、窄脉宽全固态光纤放大器种子源

高重复频率、窄脉宽的全固态激光器种子源级联光纤放大器是获得高功率脉冲激光输出的有效手段.短上能态寿命的Nd:YVO4晶体在连续抽运、高重复频率Q开关工作时容易得到接近连续性能的平均输出功率.理论分析了声光(AO)调Q器件中影响输出能量和脉宽大小的主要因素,优化配置了腔型参数.利用激光二极管(LD)光纤耦合模块端面抽运Nd:YVO4晶体,实现了声-光调Q重复频率100 kHz以上,脉宽20 ns以下,波长1064 nm的激光输出.在抽运功率5.7 W时,得到了脉宽15.3 ns,重复频率150 kHz的种子光输出,在级联单级光纤放大器后,得到了20 W的输出.     

适用于多种调制格式的低驱动电压LiNbO_3光调制器

提出并分析了一种适用于多种调制格式的低驱动电压LiNbO_3光调制器,通过延长设计LiNbO_3光调制器的波导结构,可显著降低其射频驱动电压及直流偏置电压.通过实验测试并分析了10Gb/s传输速率下的器件参数,包括光眼图,小信号S参数以及啁啾参数等.实验证明,该调制器的驱动电压由原有的5.8V降低至2.8V,更适于各种新型的编码调制格式的应用场合.

Abstract：

Proposed is the demonstration of a new design of LiNbO_3 modulators with low driving voltage (V_(Pi)).The low V_(pi) performance is achieved by extension design of the wave-guide inside the modulator.Experimental tests and analysis carried out on the performance of some key parameters of the modulator at 10 Gb/s transmission rate,including the optical eye,small signal S parameter,chirp parameter,etc.Results obtained indicate the driving voltage of the modulator reduces to 2.8 V in comparison with traditional 5 V,which is more suitable for the applications of increasingly-emerged novel modulation formats.     

灯泵钛宝石激光器高压开关电源

介绍了一台重复率运转的灯泵掺钛宝石激光器的开关电源。其中包括高压开关电路和双预燃电路。电源输出功率达２ｋＷ，重复率为５Ｈｚ。     

低压低功耗CMOS电流运算放大器的设计

设计了一种新型CMOS电流反馈运算放大器结构,通过在输出端采用电阻反馈,增强负载能力,利用MOS管实现串联电阻以消除补偿电容带来的低频零点.使用0.5 μm CMOS工艺参数,PSPICE模拟结果获得了与增益关系不大的带宽.电路参数为:80.7 dB的开环增益,266 MHz的单位增益带宽,62°的相位裕度,149 dB共模抑制比以及在1.2 V电源电压仅产生0.82 mW的功耗.