高平均功率六棒串接脉冲Nd:YAG激光器

报道了一种腔内六棒串接的脉冲Nd:YAG激光器。采用4×4矩阵对晶体棒失调角度对谐振腔光轴的影响进行了理论分析,给出了六棒串接脉冲激光器中晶体棒失调角度的允许范围。在串接实验中,谐振腔采用对称平平腔结构,通过调整每根晶体棒的失调角度到允许范围内,实现了六棒串接脉冲Nd:YAG激光器。在输入电功率86kW,占空比17%时,获得了平均功率3 018W的脉冲激光输出,峰值功率17.75kW,最高单脉冲能量为66J,光束参数乘积为26.3mm.mrad,电光转换效率3.5%,长时间工作不稳定性小于2%。

二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦均匀性分析

建立了二极管侧面泵浦复合薄片激光介质Nd:YAG/YAG的数值模型:二极管阵列的快轴垂直于薄片激光介质表面的排布,二极管对称排列在增益介质的周围,从侧面进行泵浦,通过微柱透镜对二极管的快轴进行准直。模拟并实验研究了激光二极管慢轴方向的远场分布特性,结果发现在近距离时激光二极管慢轴方向上的远场分布近似为高斯分布。对于二极管参量,研究发现泵浦二极管越多,增益介质内泵浦光分布就越理想;增益介质吸收系数越小,泵浦的均匀性就越好,但总的吸收效率下降;二极管与工作物质的距离越近,工作物质靠近中心的区域对泵浦光的吸收就越多,但泵浦的均匀性就越差。选用增益介质为Nd:YAG/YAG的复合薄片介质,当掺杂原子分数以及增益介质的吸收系数不同时,发现0.6%掺杂的增益介质(吸收系数为0.24 cm-1)的泵浦均匀性比1%掺杂(吸收系数为0.51 mm-1)有明显改善,实验结果与模拟结果一致。

500W光纤耦合半导体激光模块

针对半导体激光器在工业领域的应用和光纤耦合可以实现柔性传输的特点,设计了光纤耦合半导体激光模块。采用光束整形技术、空间合束、偏振合束和光纤耦合等技术,将两组共10个整形后的半导体标准阵列进行合束,扩束后耦合入芯径400μm、数值孔径0.22的镀增透膜光纤。在工作电流70 A时,光纤耦合前功率为545 W,光纤耦合后功率为518 W,光纤耦合效率高于95%,得到很高的光纤耦合效率,电光转换效率为43%,为下一步千瓦级光纤耦合半导体激光器的制备奠定了基础。

808nm激光二极管阵列波长光束组合20W输出

基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将激光二极管阵列(LDA)发光单元锁定在不同的波长上,以近似平行光束沿光栅的-1级衍射方向组合输出,改善LDA输出光束质量。实验采用发光单元宽度为100μm、周期为500μm,由19个单元构成的1 cm普通商用LDA,在连续运行最大注入电流60.6 A时,自由运转输出功率49.8 W时,获得功率为20.1 W的组合光束稳定输出,其光谱宽度为15 nm,对应的远场发散角由约70 mrad变为1.66 mrad,改善后光束质量因子约为32,其值与单个发光单元的光束质量相当。

宽温度范围微型人眼安全激光器

报道了一种宽温度适应范围的微型化人眼安全激光器。采用中心波长940nm的二极管作为泵浦源,Er3＋/Yb3＋共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2＋：MgAl2O4作为被动调Q晶体,研究了微型激光器的结构和激光在宽温度范围下的输出特性。当泵浦能量9mJ,重复频率10Hz,泵浦脉宽5ms时,获得了单脉冲能量130μJ,脉宽5.5ns,峰值功率大于20kW的激光输出,光束质量因子为1.3。采用真空封装工艺,在-40~50℃温度范围内,自然冷却方式下激光器稳定输出,功率不稳定性波动小于5%。

波长啁啾体布拉格光栅外腔实现激光二极管阵列的波长光束组合

采用波长啁啾体布拉格光栅外腔,利用多波长光束组合技术成功实现了由49个发光单元构成、阵列发光单元宽度为100μm、填充因子为0.5的标准1 cm阵列的输出光的光束组合连续工作时,实验获得组合输出光束平均功率为11.2 W的近圆形光斑输出,其快慢轴方向光束质量平方因子约为6,最大工作电流对应的组合效率约为30%。通过进一步实验验证其最大工作电流时组合效率可达64%,并对其技术优势和应用前景做了讨论。

高功率高光束质量脉冲Nd:YAG激光器

以实现高功率、高光束质量的脉冲激光输出为目的,对非对称平-凹谐振腔的结构进行了理论分析。设计出了高功率、高光束质量非对称放置的平-凹谐振腔、双氙灯泵浦的脉冲Nd:YAG激光器。当占空比为9%时,实现输出激光平均功率近480 W,光束参数积优于12.7 mm.mrad,电光转化效率近4%,与理论分析吻合,可用芯径300μm的光纤传输,不稳定性优于±1%。加工实验证明有较好的质量:切割材料为不锈钢,厚度为3 mm时、切割速度为0.6 m/min和厚度为1.5 mm、切割速度为1.2 m/min时,两种情况下所得切缝宽度均为250μm,且切割上下沿光滑。

914nm LD泵浦RTP电光调Q的高效率Nd:YVO_4激光器

报道了一种激光二极管(LD)端面连续抽运的高重频、高光光效率电光调Q Nd:YVO_4激光器。采用RbTiOPO_4(RTP)晶体对作为调Q元件,通过减小热效应和模式匹配技术,实现了高效率的高重频窄脉宽1 064 nm脉冲激光输出。一方面采用低吸收系数的914 nm波长抽运Nd:YVO_4晶体,使晶体内热分布均匀,从而获得高量子效率的同时减小了热效应影响。另一方面通过优化泵浦光斑半径,实现泵浦光和振荡光好的模式匹配。在重频200 k Hz时,获得了最高输出功率16 W,脉宽9 ns,单脉冲能量80μJ,光束质量M2<1.2的稳定脉冲激光,泵浦吸收功率31 W,对应的光光转化效率为51.6%。据笔者所知,这是RTP电光调Q实现的最高效率的脉冲激光器。

四棒串接连续灯泵浦Nd:YAG大功率激光器

报道了一种符合工业应用的四棒谐振腔连续Nd:YAG激光器。实验中采用对称放置方式四棒串接谐振腔得到2 105 W的平均功率输出,光束参数积24 mm.mrad,系统总光电转换效率达到3.5%。还对影响激光器工作的因素进行了理论分析。

微型化LD泵浦Er^(3+),Yb^(3+)共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器

报道了一种主要应用于激光测距的微型化激光二极管泵浦Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器。采用中心波长940nm的二极管作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+:MgAl2O4作为被动调Q晶体,通过优化增益介质和被动调Q晶体参数,获得了最佳的增益介质长度和被动调Q晶体初始透过率。当泵浦能量14mJ,重复频率10Hz,泵浦脉宽5ms时,获得了单脉冲能量480μJ,脉宽5ns,峰值功率大于20kW的激光输出,激光光束质量因子为1.2。

高功率高效率光纤耦合半导体激光模块研制

采用光束整形和空间合束的方法,研制出高功率、高效率多阵列光纤耦合半导体激光模块。将波长为976nm连续工作的5个标准半导体阵列,通过对快轴进行准直和快慢轴光束旋转的方式进行光束整形,准直后进行空间合束,经耦合透镜聚焦,耦合入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤。测量结果显示:光纤的出光功率最大可达到327 W,光纤耦合效率大于93.6%。

高效率Nd:YVO_4/LBO临界相位匹配脉冲绿光激光器

报道了一种利用激光二极管(LD)端面泵浦Nd:YVO4晶体,声光调Q,LBO临界相位匹配腔内倍频的高效率、小体积、风冷绿光激光器。分析了不同偏振光泵浦的情况下,激光晶体对泵浦光的吸收特性。由分析得出,采用部分偏振光泵浦,可以提高激光晶体对泵浦光吸收均匀性,改善基波畸变,获得高转换效率激光输出。实验中,在泵浦光功率为33W、声光调Q重复频率为20kHz时,得到脉宽为23.96ns、平均功率为15W的1064nm基频光输出。经倍频后,得到平均功率为11.2 W的绿光输出,倍频效率为74.6%,总体光-光转换效率为34%。在输出功率为10W时,测得1h内输出功率不稳定度为0.512 2%,水平方向和竖直方向的光束质量因子M2分别为1.2和1.1。

中红外激光准相位匹配GaAs晶体的制备工艺

极化方向周期排列的GaAs通过准相位匹配方式能够实现高功率CO2激光器倍频,利用晶片键合技术对GaAs极化方向反转堆叠的制备工艺和键合性能进行研究,采用氢离子轰击的方法去除GaAs表面氧化物,提高光学性能,超高真空中预键合减少界面微气孔密度,退火处理增加键合力,实现了双层GaAs的可靠键合,两层GaAs成为一块单晶结构的整体,利用键合技术获得了大通光孔径、低光学损耗的周期性结构GaAs晶体,为实现高功率CO2激光器倍频提供了途径。

三种半导体阵列光谱组束结构的输出特性

基于光谱光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,并通过加入光束整形系统,将标准的半导体激光阵列的发光单元锁定在窄线宽的不同波长上,以近似平行光束沿组合方向输出,以实现半导体激光阵列输出光束质量的改善和线宽的压窄。实验中采用发光单元宽度100μm,周期500μm,由19个单元构成的标准阵列,分别对快、慢轴准直后光谱组束、光束整形后光谱组束和线宽压窄外腔组束进行了实验验证,实现了组合光束与单个发光单元近似的光束质量,同时得到了较窄的线宽输出,并对实验结果进行了分析。

Nd:YAG调Q脉冲激光器微孔实验研究

为了输出高功率、高光束质量的脉冲激光以及制备高质量微孔，对平凸非稳腔结构进行了理论分析，给出了腔参数变化曲线．设计出了高功率、高光束质量的平凸非稳腔灯泵浦脉冲Nd：YAG调Q激光器．激光脉冲能量为500mJ，峰值功率达到5MW，光束参数积优于4．2mm·mrad．分别在0．04—0．07mm厚度金属碳钢及1mm厚度非金属陶瓷上进行了微孔打孔实验，得到了百微米微孔．

双光栅实现半导体激光阵列波长组束

在波长光束组合基础上,用一个光栅和一个准直透镜代替传输透镜,可以有效地减小单个发光单元光束质量的退化,明显地克服相邻发光单元的反馈串扰,实现了较窄线宽的光谱组束输出。采用标准的半导体激光阵列,连续输出激光功率44.8 W,电光转换效率最高38.9%,光谱线宽为4.1nm。光束慢轴方向光束质量因子为11.7,快轴方向光束质量因子为1.37,快慢轴两个方向都接近单个发光单元光束质量。

掠入射板条放大器链的热效应模拟分析

对LD泵浦的掠入射板条放大器链系统激光介质的热效应进行研究。针对掠入射放大器结构建立了相应的热力学模型,对激光介质的温度场分布、热致波前畸变和热透镜效应进行了详细的理论分析。利用有限元分析软件COMSOL模拟了晶体内部的温度、应力及应变的分布情况,并进一步讨论了板条厚度、泵浦尺寸以及种子光入射角对光程差和热透镜造成的影响。结果表明,随着泵浦光斑尺寸和种子光入射角的增大,光程差变小,热透镜效应减弱;板条厚度对光程差和热透镜的影响较小。模拟计算结果对于预测板条热效应的强弱、热效应的补偿,以及放大器链结构参数的设计提供了依据。

LD泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器实验研究

1.5μm LD泵浦铒玻璃被动调Q微型激光器是目前军事激光测距的研究热门,获得较高的激光单脉冲能量尤为重要。对以波长为940 nm的二极管激光器作为泵浦源,Er^(3+)/Yb^(3+)共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co^(2+):MgAl_2O_4作为调Q晶体的微型化激光器进行了实验研究。为获得LD抽运铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器的最佳能量输出条件,分析了影响LD泵浦被动调Q激光器输出单脉冲能量的因素,并对影响被动调Q微型激光器输出能量的泵浦条件,增益介质长度,输出镜反射率等参数进行了多组实验优化,最终获得了波长1.535μm,单脉冲能量113μJ,脉宽6 ns,重复频率10 Hz,光束质量为1.2的稳定人眼安全激光输出。

重复频率连续可调谐的Cr^(4+):YAG被动调Q微片激光器

激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器因其高重复频率、短脉宽、高峰值功率等优点,在光通信、激光雷达、遥感监测、非线性频率变换、激光微加工等领域有着重要应用,然而目前Cr4+:YAG被动调Q激光器脉冲输出稳定性较差,而且重复频率调谐范围窄,限制了其在气溶胶的荧光分析、测距以及空间光通信等领域中的广泛应用。实验中采用预泵浦方式,在激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器中获得重复频率连续可调、稳定振荡的激光脉冲输出,重复频率连续可调谐范围为2~28 kHz,其单脉冲能量的不稳定性优于±2.50%。其中,在重复频率为20 kHz时,获得脉冲宽度为2.431 ns,单脉冲能量17.6μJ,消光比252:1的脉冲输出,其幅度不稳定度约为4.00%,重复频率不稳定度约为2.40%。此类宽频可调、稳定振荡的激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器有着广阔的应用前景。

双端键合复合结构被动调Q微型测距用激光器

报道了一种双端键合复合结构被动调Q人眼安全微型测距用激光器。实验将Er^(3+)/Yb^(3+):glass和F_2 glass以及被动调Q晶体Co^(2+):MgAl_2O_4三种材料进行光学热复合,构成双端键合复合结构。实验对比了双端键合复合结构和非复合结构激光器的输出特性,前者的激光性能参数均大幅优于后者。其中双端键合复合结构实现了重复频率10 Hz,单脉冲能量330μJ、脉冲宽度5.5 ns,光束质量为1.4的人眼安全激光输出;而非复合结构激光器的单脉冲能量为245μJ、脉冲宽度6.5 ns,光束质量为1.9。对双端键合复合结构增益介质和单块Er^(3+)/Yb^(3+):glass进行热模拟,前者的热焦距相对于后者增长了51.2%,双端键合复合结构热效应明显改善。综合表明双端键合复合技术可以降低增益介质内部温度梯度,使热焦距变长,模体积增加,振荡光与泵浦光的模式匹配度提高,单脉冲能量增加。