LD泵浦全固态355nm紫外皮秒脉冲激光器

利用激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4激光晶体皮秒三倍频355nm全固态紫外激光器,采用半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模技术及皮秒再生放大技术,对1 064nm基波采用Ⅰ类相位匹配Li3B3O5(LBO)晶体二倍频和Ⅱ类相位匹配LBO晶体三倍频,获得了稳定性好、倍频效率较高的355nm紫外激光输出。当二极管泵浦功率为5 W时,获得了脉宽为17ps、重复频率为1Hz、单脉冲能量为129.6μJ的稳定三倍频紫外激光输出,基频光到二倍频光和三倍频光的转换效率分别达到60.3%和16.6%,3h输出单脉冲能量的抖动在0.58%以下。

Cs(7DJ)＋H2的反应与非反应碰撞转移截面的测定

利用激光泵浦-吸收技术,研究了在样品池中的Cs(7D_J)+H_2→CsH[X^1∑+(v″=0)]+H光化学反应过程。双光子激发Cs-H_2混合蒸气中Cs原子至7~2D态,荧光中除有泵浦能级发生的直接荧光外,还包含由精细结构碰撞转移产生的敏化荧光,CsH分子是由7D原子与H_2间的三体碰撞反应产生的。利用780 nm激光测量了CsH X^1∑+(v″=0→v″=21)吸收带。△Ⅰ′和△Ⅰ″分别表示泵浦7D_(3/2)和7D_(5/2)时的吸收光强。解速率方程组,得到7D_(3/2)→7D_(5/2)和7D_(5/2)→7D_(3/2)精细结构转移截面分别为(1.3±0.3)×10^(-14)和(9.8±2.0)×10^(-15)cm^2。从7D_J碰撞到7D以外态的截面分别为(4.0±1.0)×10^(-15)(对J=3/2)和(3.6+0.9)×10^(-15)cm^2(对J=5/2)。Cs(7D_J)+H_2→CsH+H的反应截面分别是(1.4±0.5)×10^(-16)(J=3/2)和(1.1±0.4)×10^(-16)cm^2(J=5/2),7D_(3/2)与H_2的反应活动性大于7D_(5/2)。

Cs-Ar混合蒸气中6P_(3/2)激发态的空间分布和辐射陷获

计算和测量了Cs-Ar混合蒸气中Cs(6P3/2)共振能级的有效辐射率。使用单模半导体激光器(泵浦激光)将Cs原子激发至6P3/2态,另一调谐到6P3/2→8S1/2的单模激光束(检测激光)与泵浦束反平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,通过对检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布。由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率)的乘积。6P3/2原子密度及其空间分布结合6P3/2←6S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同Ar气压下,Cs D2线的有效辐射率。从6P3/2→6S1/2跃迁线强度I852的测量,得到了不同Ar气压下有效辐射率的比值与理论计算得到的比值相符。

用于空间碎片探测的百赫兹3.31 J高光束质量全固态Nd:YAG激光器

基于激光二极管侧面抽运棒状放大器的方式,研制了一台应用于空间碎片探测的高重复频率、高光束质量焦耳级的Nd:YAG纳秒激光器.激光器采用主振荡功率放大的结构,主要包括单纵模种子、预放大单元、受激布里渊散射相位共辄光束控制单元和能量提取单元四部分.在能量提取单元,为了减小热效应对光束质量的影响,降低了放大器的工作电流,采用了分束-放大-合束的方案.在重复频率100 Hz,单纵模种子注入单脉冲能量10.73μJ的条件下,获得了3.31 J的能量输出.输出激光的脉冲宽度为4,58 ns,远场光束质量为2.12倍衍射极限,能量稳定性(BMS)为0.87%.

200 Hz高重复频率SBS脉宽压缩实验研究

受激布里渊散射(SBS)脉宽压缩是实现高峰值功率、短脉冲激光输出的重要途径之一,然而,目前SBS脉宽压缩仅限于1~10 Hz低重复频率激光器,限制了高重频短脉冲激光器在激光雷达、空间碎片探测以及目标成像等领域的应用。基于此,开展了高重复频率下的SBS脉宽压缩实验研究。设计搭建了高重复频率的主振荡放大激光器,开展了SBS二次级联脉宽压缩和SBS振荡放大双池脉宽压缩实验。通过SBS二次级联压缩实现了脉冲宽度从~32 ns压缩到~1.9 ns,脉宽压缩比达16倍;而通过SBS振荡放大双池结构实现了脉冲宽度从~4 ns压缩到376 ps,脉宽压缩比达10倍。实验结果表明,采用该超净封闭型SBS相位共轭镜,在Stokes光输出能量达50 m J时,无光学击穿现象,实现了在200 Hz高重复频率下的SBS脉宽压缩。

Rb(5D_J)+H_2→RbH+H反应截面的测定

利用激光泵浦-吸收技术,研究了在样品池中(T=385K,H2气压400Pa)的Rb(5DJ)+H2→RbH[X1Σ+(v″=0)]+H光化学反应过程。双光子激发Rb-H2混合蒸气中Rb原子至52D态,荧光中除有泵浦能级发生的直接荧光外,还包含由精细结构碰撞转移产生的敏化荧光,RbH分子是由5D原子与H2间的三体碰撞反应产生的。利用852nm激光扫描RbHX1Σ+(v″=0→v′=17)吸收带,ΔI′和ΔI″分别表示泵浦5D3/2和5D5/2时的吸收光强。泵浦室温下的纯Rb蒸气至5D3/2或5D5/2态,由于在低密度下52D精细结构混合可略去,故由5D3/2→5P1/2与5D5/2→5P3/2的荧光比得到泵浦率比。解速率方程组,得到5D3/2→5D5/2和5D→5D以外态的碰撞转移截面分别是9.8×10-16和2.0×10-16cm2,Rb(5DJ)+H2→RbH+H的反应截面分别是5.4×10-17(J=3/2)和2.3×10-17cm2(J=5/2),5D3/2与H2的反应活动性大于5D5/2,这与其他实验结果是一致的。

Rb(5D,7S)＋H2→RbH＋H光化学反应截面的测定

研究了在Rb-H2混合样品池中产生的Rb(5D,7S)+H2→RbH+H光化学过程,RbH分子是由Rb(5D,7S)原子与H2间的三体碰撞反应产生的。利用双光子吸收将Rb(5S)基态原子激发到5D或7S态,荧光中除由泵浦能级发射的直接荧光外,还包含有由于碰撞转移而产生的敏化荧光,相对荧光强度给出了能级布居数之比。解速率方程组,得到5D→7S和7S→5D碰撞转移截面分别为(6.9±1.4)×10-17和(2.1±0.4)×10-16cm2,Rb(5D)+H2→RbH+H和Rb(7S)+H2→RbH+H的反应截面分别为(4.3±1.1)×10-17和(5.8±1.5)×10-17cm2。7S与H2反应活动性大于5D与H2反应的活动性。

百瓦级PCFA/LBO倍频绿光皮秒激光器

具有高平均功率的皮秒级脉冲激光在工业加工、空间探测等领域具有重要的应用。但是锁模产生的皮秒种子光因脉冲宽度窄、单脉冲能量低,难以直接通过传统的行波放大实现功率的高效提升,因此也限制了输出脉冲的非线性频率转换效率。文中通过光栅啁啾脉冲展宽器和狭缝,将中心波长为1 030 nm、脉冲宽度7 ps、重复频率52 MHz的光纤锁模种子光脉冲宽度展宽至32 ps,且将其光谱宽度控制在1.1 nm,利用两个空气包层光子晶体光纤放大器将功率放大至190 W。最后通过温度相位匹配LiB_(3)O_(5)晶体实现了平均功率为103.1 W的绿光皮秒脉冲输出,光束质量因子1.17,二次谐波转换效率54.3%。

高稳定性、高质量脉冲压缩飞秒光纤激光系统研究

报道了一款用于眼科手术的高稳定性、高质量脉冲压缩飞秒光纤主振荡功率放大系统.振荡器采用混合腔方式增加了光纤双折射,改善了非线性偏振旋转锁模在低重复频率下无法自启动的缺点,提高了飞秒光纤激光器自启动锁模的稳定性.研究了脉冲预啁啾与飞秒脉冲压缩质量的关系,通过实验证明了光纤放大器的入射脉冲保持负的预啁啾状态可以得到最好的脉冲压缩结果.实验最终实现了满足自启动锁模条件的重复频率19.4 MHz、平均功率1.2 W、脉冲宽度183 fs的激光脉冲,目前这台激光器是国内首台具有自主知识产权并应用于动物角膜实验的飞秒光纤激光器.

低He气压下Rb(5P_(3/2))激发态有效辐射率的计算与测量

计算和测量了Rb-He混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率,使用单模半导体激光器(泵浦激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与泵浦束反平行通过样品池,并在池的直径方向平行移动,通过对检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布.由于辐射陷获存在,有效辐射率是自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率,它与吸收截面及激发态原子密度和空间分布有关)的乘积.5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同He气压下,RbD2线的有效辐射率.从5P3/2→5S1/2跃迁线强度I780的测量,得到的不同He气压下有效辐射率的比值与理论计算得到的比值相符.

多波长红光金刚石拉曼激光器

全固态红光激光器在激光显示、全息存储以及医疗领域有着重要应用,其中多波长红光激光器还可用于差频产生太赫兹辐射。基于三阶非线性效应受激拉曼散射的拉曼激光器是一种突破粒子数反转激光器有限发射光谱制约进而拓展激光波长的有效手段,即能够将注入的单一波长泵浦光直接拓展至一个或几个全新波段。笔者团队研制了一台绿光泵浦的多波长级联金刚石拉曼激光器,利用波长为532 nm、脉冲宽度为11.43 ns的激光作为泵浦源,通过将一阶Stokes黄橙光(573 nm)锁定在振荡器中,实现了红光波段的二阶、三阶和四阶(620 nm、676 nm和743 nm)级联拉曼激光输出,对应三个波长的脉冲宽度分别为10.41、3.75、2.45 ns,总输出能量为0.6 mJ,光光转换效率为36.38%。结果表明,凭借金刚石晶体优异的光学特性和拉曼性质,可见光泵浦的金刚石拉曼激光器对于实现高功率全固态小型化多波长红光激光输出具有巨大潜力。

皮秒激光行波放大器研究

利用SESAM光纤锁模激光器作为种子源,设计了行波放大器,对皮秒脉冲的放大特性进行了研究。利用中心波长为885 nm的光纤耦合半导体激光器直接泵浦Nd:YVO_(4)晶体,有效降低了晶体中的热效应。通过两级行波放大,在泵浦功率为222 W时,获得了平均功率为33.7 W,重复频率为70.4 MHz,脉冲宽度为9.4 ps的脉冲输出。输出激光光束具有较好的圆度,光束质量因子M^(2)在x方向上为1.15,y方向上为1.13。在8 h的连续运转下,激光器功率抖动性RMS<1%。

高斯光束整形为平顶光束的非球面镜系统设计和面形参数分析

在将高斯光束整形为平顶光束的整形系统中,由两个非球面镜组成的系统是比较简单的结构形式,该系统由平凹镜和平凸镜组成。在实际生产加工中,非球面镜的非球面度直接反映加工的难度。在理论分析高斯光束整形为平顶光束的基础上,分析计算了几个特性参数对非球面截面曲线的影响,然后根据实际需要,在保证其紧凑性、尽可能地降低非球面度同时,按照ZEMAX对非球面镜输入参数的要求拟合得到尽可能优化的非球面镜系统结构。最后,对该非球面镜系统进行物理光学传播追踪,分析其光强分布。

Rb+(Ar,N_2)混合蒸气中5P_(3/2)能级有效辐射率的计算和测量

计算和测量了Rb+(Ar,N2)混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率。使用单模半导体激光器(抽运激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与抽运光束反平行通过样品池,并在池的径向平行移动,通过检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布。由于辐射陷获存在,有效辐射率为自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率)的乘积。5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同Ar或N2气压下,RbD2线的有效辐射率。对5P3/2-Ar系统,在不同气压下测得的D2线强度比值与有效辐射率计算值的比值相符。对于5P3/2-N2系统,研究了电子态向振动态的碰撞转移,得到了转移截面。

用于高精度超远程激光测距的高光束质量大能量皮秒激光器

激光超远程测距是从地面台站发射窄脉宽高能量激光束对30万千米以上的探测目标(月球和探月飞行器)进行高精度测距的一种直接测距方法.激光超远程测距不仅能为各类探月飞行器进行精确定轨和变轨提供重要指导数据,还可以为天文地球动力学、地月科学、月球物理学和引力理论等研究所需的高精度月球距离提供数据基础.

基于1064nm光纤皮秒种子源的Nd:YAG再生放大器

利用Nd:YAG再生放大器,对1064 nm掺镱锁模全光纤激光器输出的皮秒脉冲进行了功率放大.研究分析了掺镱锁模全光纤激光器输出脉冲对Nd:YAG再生放大器能量提取效率的影响,通过对掺镱锁模全光纤激光器自相位调制的控制,减少了输出光谱的振荡结构,提高了掺镱锁模全光纤激光器对Nd:YAG再生放大器的能量提取效率,实现了对锁模全光纤激光器输出的中心波长1064.4 nm,3 dB光谱宽度0.35 nm、脉宽11 ps、单脉冲能量为3.2 nJ、频率为38 MHz的锁模脉冲的再生放大,得到输出重复频率为1 kHz,最大的单脉冲能量为1.3 mJ的皮秒脉冲.

12.5μJ电光腔倒空锁模皮秒激光器的实验研究

报道了单脉冲能量大于10μJ的腔倒空锁模皮秒激光器。通过实验完成了光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4晶体、半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的大功率皮秒激光振荡器后,在锁模腔内插入BBO电光晶体,实现重复频率1Hz～10kHz连续可调的电光腔倒空锁模运转。在抽运功率17.9 W时,获得了单脉冲能量12.5μJ、重复频率10kHz、脉冲宽度24.7ps的激光输出。

光纤端面泵浦大能量皮秒激光器

介绍了一台工业级大能量光纤耦合激光二极管(LD)端面泵浦皮秒脉冲激光器。装置利用Nd:YVO_4晶体作为增益介质,通过半导体可饱和吸收镜(SESAM)获得重复频率93.85 MHz、脉冲宽度15.8ps、单路输出功率200 mW的锁模脉冲序列。放大器采用LD端面泵浦Nd:YAG晶体提供增益,其中,再生放大器实现了重复频率在1~20 Hz范围内可调,且单脉冲能量10~6倍率的选脉冲放大,双通行波放大器对脉冲进行再次放大,最终获得了单脉冲能量为12 mJ的皮秒激光输出。

研制高功率飞秒激光器 助力我国高端制造业技术进步

超快激光(包括皮秒和飞秒激光)具有独特的超短脉冲和超高峰值功率,凭借其高精度、适合任何加工材料以及真正的冷加工等优点,成为高端精密制造领域不可或缺的一种先进加工技术,被广泛应用于微电子集成电路、航空航天、精密机械、生物医学等领域。在科研方面,超快激光可实现从X射线到太赫兹辐射的高效率非线性光谱转换,极有可能取代大型且价格昂贵的同步辐射加速器和自由电子激光器等,从而对未来科研领域的变革创新产生深远影响。