高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展

固体激光的一个重大发展方向和目标是实现“三高”(高平均功率、高光束质量和高效率)激光同时输出,结合相关研究工作和进展,着重论述了固体激光输出功率和光束质量的关系,给出了功率升高、光束质量非线性下降是当前“三高”固体激光研究的一个基本科学技术问题。围绕这一基本问题,评述了一些重要技术途径和手段,并探讨了实现高平均功率高光束质量固体激光输出的可能有效途径。     

A High Conversion Efficiency Q-Switched Intracavity Nd:YVO_4/KTA Optical Parametric Oscillator under Direct Diode Pumping at 880nm

We report a high conversion efficiency Q-switched Nd:YVO_4/KTiOAsO_4(KTA) intracavity optical parametric oscillator(IOPO) operating near 3.5 um based on direct 880 nm laser diode(LD) pumping. A maximum average idler output power of 2.6 W with a pulse width of about 7.9 ns is achieved under an absorbed LD power of 45.4 W at a pulse repetition rate(PRR) of 10 kHz. The maximum optical-optical conversion efficiency from LD power to OPO mid-infrared(MIR) output of 6.74% is achieved. To our knowledge, this is the highest conversion efficiency for a KTA-IOPO by exploiting a Q-switched laser as the parent fundamental pump source. The beam quality factors M~2 of the MIR beam at the full output power with a PRR of 10 kHz are within 2.12 in both the horizontal and vertical directions, indicating a near Gaussian mode.     

高功率腔内双共振2μm光参量振荡器特性研究

报道了一种稳定的高功率双共振2?μm 光参量振荡器（OPO）. 该OPO使用调Q的线偏振全固态Nd∶YAG激光器作为抽运源,利用双棒串接补偿热致双折射和双Q开关正交放置技术提高了抽运源的输出功率和光束质量,通过腔内抽运单块KTP晶体实现了稳定的高功率2?μm 激光输出. 在调Q频率为5?kHz时,得到了295 W的2?μm 激光输出. 研究了OPO输出功率同KTP晶体温度和声光Q调制频率的关系,并测量了在29W时2?μm激光的功率稳定性. 在1 h内该OPO的功率起伏小于1.4%. 关键词： 光参量振荡器 2?μm激光器 KTP晶体 双共振     

微秒脉冲激光钠导引星星群技术研究（特邀）

激光钠导引星被称为人造恒星,用于探测和校正光波经大气湍流引起的波前畸变,大幅度提高自适应光学望远镜的成像质量。采用单颗钠导引星探测的有效视场范围有限,通过多束黄激光分别激发大气电离层钠原子产生多颗钠导引星,能在较大视场内获得更清晰的目标成像,在精密天文观测、空间目标探测等领域具有重要应用。文中重点介绍了微秒脉冲激光钠导引星星群的产生,基于100 W级微秒脉冲激光,采用小角度精密偏振分光/并束调控的专利技术,在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束20 W/束、重复频率kHz、脉冲宽度百微秒的钠激光发射到天空,在40"观测视场内生成四颗导引星,星群构型可调控,如线形、平行四边形、菱形和正方形等,每颗钠导引星亮度约为V波段8等星,光斑大小约3.25"。利用脉冲同步控制技术,钠导引星回波信号可以避免瑞利散射光的干扰,从而获得更高的空间分辨率。这为大口径天文望远镜多层共轭校正系统的研制提供技术参考。     

8μm～14μm长波红外相干辐射技术

8μm~14μm长波红外相干辐射在大气激光遥感与通信、高分辨分子指纹光谱及国家安全等诸多领域具有重要应用价值。概述了几种可获得8μm~14μm相干辐射的光源, 主要有CO₂气体激光器、半导体量子级联激光器、红外自由电子激光器、红外超连续谱光源和非线性变频中红外固体激光器等。分别介绍了不同技术的基本原理及国内外进展, 并分析比较了各自的优缺点、发展方向及应用适用范围。其中, 非线性变频中红外固体激光器具有8μm~14μm连续调谐, 可飞秒、皮秒、纳秒及连续波运转, 重频1Hz~GHz可调的突出优势, 且全固化结构、可靠性高、光束质量好, 将成为发展实用化与精密化长波红外相干辐射光源的最佳选择。     

1.15 kW连续波全固态Nd:YAG激光器

研制了五组双线二极管列阵侧面泵浦Nd: YAG棒的高效率、高功率激光头。将一块90° 石英旋光片插入两个这样的激光头中间并置入热近非稳对称平平腔，产生了1157 W高光束质量（M2 ~ 39）1064 nm连续波输出，据我们所知，这是侧面泵浦双棒Nd: YAG激光器产生的最高功率。     

Sixth Harmonic of A Nd：YVO4 Laser Generation In KBBF for ARPES

We report that a deep ultraviolet （DUV） laser from the sixth harmonic of a 1064nm laser has been firstly used as light source in an ultrahigh energy-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy （ARPES）. The wavelength is 177.3nm obtained by using the second harmonic KBe2BO3F2 crystal with a frequency tripled 1064nm Nd：YVO4 laser. The large flux （10^14 - 10^15 photons/s） and narrow line width （0.26 meV） are suitable for the ultrahigh-energy resolution ARPES. The laser-ARPES can be a powerful tool to study the electronic structure at and near the Fermi level of the superconductor and correlated materials. The laser-ARPES has worked more than 500 h already.     

高光束质量窄纳秒脉宽Nd∶YVO4板条脉冲串激光器

提出了一种高光束质量、窄纳秒脉宽、高重复频率脉冲串输出的电光调Q激光器。通过优化键合Nd∶YVO₄板条晶体掺杂区域的纵横比,结合腔模的最佳设计,限制腔内的高阶模式振荡,获得了两方向相近的高光束质量激光输出。利用激光二极管侧面泵浦键合的Nd∶YVO₄板条晶体,采用电光调Q技术,研究了不同重复频率下1064 nm脉冲串激光的输出特性。在输出镜最佳透过率为40%、子脉冲调Q重复频率为80 kHz的条件下,获得了平均输出功率为5.03 W、子脉冲能量为0.50 mJ、子脉冲宽度为5.9 ns的脉冲串激光输出。在谐振腔内加入小孔光阑,获得了平均输出功率为2.56 W、子脉冲能量为0.26 mJ、子脉冲宽度为7.2 ns的脉冲串激光输出,对应的x和y方向的光束质量因子分别为1.42和1.49。     

高功率陶瓷板条激光器

高功率固体激光在先进制造、能源、信息、医疗及国防等领域有广泛应用。激光陶瓷材料具有掺杂浓度均匀可控、抗激光热损伤能力强、易于制备大尺寸和复合结构等优点,被认为是高功率固体激光的重要增益材料。报道了本课题组近年来在高功率陶瓷板条激光方面的主要研究进展。采用中国科学院上海硅酸盐所制备的大尺寸Nd:YAG陶瓷板条,实现了平均功率4.35 kW的1 064 nm脉冲激光输出,脉冲宽度为160μs,重复频率为400 Hz。此外,采用中科院上海硅酸盐所制备的大尺寸Yb:YAG陶瓷板条,实现了平均功率9.8 kW的1 030 nm脉冲激光输出,脉冲宽度为560μs,重复频率为160 Hz,光光转换效率为60%。这些研究表明,激光陶瓷材料具备实现高功率、高光束质量与高效率激光的潜力。     

飞秒激光脉冲在高非线性光子晶体光纤中产生超连续谱的实验研究

使用钛宝石激光器抽运一根长1m的高非线性光子晶体光纤，获得的超连续谱波长覆盖范围为420—1700nm，输出功率为170mW，转换效率在20%以上；对实验结果给出了详细的分析，并与理论模拟结果相比较，认为超连续谱产生的主要原因是高阶孤子的分裂和四波混频效应.同时研究了不同抽运功率和不同抽运波长下超连续谱产生的情况，发现对同一根光纤，抽运功率由小到大变化时，可将输出的光谱分为初始展宽，剧烈展宽和饱和展宽三个阶段，当输出的光谱处于初始展宽和饱和展宽阶段时，都会存在一定的抽运残留，当输出的光谱处于剧烈展宽时，转