四分之一波片补偿热退偏损耗实验研究

对四分之一波片补偿腔内退热偏损耗进行了实验研究.在泵浦电流为20 A条件下,带有四分之一波片补偿作用的侧泵Nd:YAG激光谐振腔输出2.67 W 1 064 nm激光输出,其腔内光束退偏率远小于没有腔内补偿的退片率.研究结果证明腔内四分之一波片补偿作用对于降低腔内光束退偏损耗、提升激光功率具有较好的效果.

2μm Cr,Tm,Ho:YAG激光热退偏效应的数值模拟及实验研究

理论分析了Cr,Tm,Ho:YAG激光晶体的热退偏效应,模拟计算了该晶体棒端面退偏度的分布,并进行了偏光干涉实验验证.结果表明,数值模拟和实验研究结果完全一致,热致退偏效应随抽运能量增大而增强,退偏度分布呈十字形,最大退偏度发生在晶体棒端面上与起偏器偏振方向成45°方位处.以此提出了高能量Cr,Tm,Ho:YAG激光器的热退偏补偿方法,获得了激光脉冲能量提高24%以上的实验效果.

热退偏损耗完全补偿的千赫兹电光调Q Nd:YAG激光器

为了同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应,进一步提高重复频率1 kHz激光二极管(LD)侧向抽运高平均功率电光调QNd∶YAG激光器的输出功率,设计了一种完全消除热退偏损耗的双调Q开关谐振腔结构,此结构在传统调Q谐振腔的基础上沿着偏振片的退偏方向增加了一个调Q谐振支路,并使得激光从增益介质方向输出.实验结果表明,此激光器的单脉冲能量比单Q开关结构的非补偿腔输出能量高出74.7%.当侧面抽运的激光二极管输出脉冲能量达到307 mJ时,激光输出能量达到26.2 mJ,光-光转换效率为8.5%,光束发散角为1 mrad.

高功率隔离器热致退偏分析与补偿设计

针对磁光晶体在大功率光隔离器中的应用,结合实际光学元件参数,利用琼斯矩阵分析了隔离度与入射光功率间的关系。提出基于外置材料,对磁光晶体热致退偏效应的补偿方案:针对两种不同的常见补偿材料,给出了它们的设计参数,并对两种材料的补偿效果进行对比。结果表明,在50 W的光功率下,利用CaF2晶体和SiO2,可分别提高隔离度约15dB和4dB。

管状固体激光器中的热致退偏分析

对非均匀发热的管状YAG激光器的热应力双折射和热致退偏进行了深入研究,计算模拟了不同管壁厚度和泵浦功率下的热致双折射光程差和热致退偏损耗。

径向偏振光的退偏机理及补偿方法

研究了非均匀泵浦状态下径向偏振光束的退偏机理及补偿方法。理论分析表明,非均匀泵浦条件下各向同性晶体横截面内由热致剪应力引起的剪切向热致双折射是导致径向偏振光退偏的主要原因。设计实验依次采用薄膜偏振片(TFP)测量法和纯度测量法评价了径向偏振光在非均匀泵浦条件下的退偏,其中TFP测量法用于检测径向偏振光的整体退偏,纯度测量法用于检测径向偏振光的局部退偏。在泵浦峰值功率1.1 kW下,两种评价方法测得的退偏量分别为2.34%和2.53%。基于理论分析和评价方法的结果,在退偏补偿方案的设计中采用相位调制与空间模式匹配相结合的方法,将径向偏振光的退偏量优化了59%,并获得脉冲能量为19.36 mJ,纯度为90.13%的皮秒径向偏振光,光束质量因子M2为3.8。

高平均功率电光开关晶体热畸变分析

深入分析了方板构型的电光开关晶体在高功率载荷条件下的热畸变行为,讨论了光强分布对热效应的影响。以KDP晶体为例,分别计算了激光束光强为高斯分布和均匀分布时晶体的温升、相应的热应力分布、波前畸变以及热退偏。结果表明,光强的分布形式对波前畸变和热退偏的影响是不同的。相对于光强均匀分布的激光束,高斯光束减缓了光斑边沿处的温度梯度,产生的热应力较小,因此可以减弱热退偏效应;另一方面,在光束口径范围内,高斯光束产生了附加的温度分布非均匀性,因而波前畸变会大一些。

腔内偏振元件对激光特性的影响

Nd∶YAG固体激光器的偏振特性在许多实际应用中非常重要。特别是在非线性光学频率变换中,无论是实现Ⅰ类相位匹配还是Ⅱ类相位匹配的非线性光学晶体,对基频光的偏振特性都有一定的要求。研究了半导体激光侧向泵浦固体Nd∶YAG激光器的偏振特性。实验测量了腔内镀膜偏振片和它们在腔内不同位置时对激光偏振特性的影响。消光比测量表明,热致退偏效应影响激光的偏振特性。合理选择腔内偏振片的位置和在腔内插入1/4波片补偿热致退偏效应,能够获得较好的偏振激光,可提高和频紫外激光功率。

环形激光二极管抽运激光棒的热致退偏分析

利用自行编制的热效应模拟软件 ,采用光线追迹方法获得激光棒内的热沉积分布 ,在此基础上利用热传导模型和热力光学模型 ,对高功率环形激光二极管阵列抽运的棒状激光放大器中动态热致退偏进行了详细模拟计算 ,并比较了不同输入功率下的热致退偏情况。结果表明 ,采用基于光线追迹的发热模型 ,可以很好地计算环形激光二极管抽运激光棒中的热效应问题 ;瞬态下的光程差分布和同消色线退偏图案的环数与棒内瞬态温升分布有关 ;输入功率越高 ,热效应引起的相对光程差就越大 ,波前畸变就越大 ,引起的热致退偏也就越严重 ,在同消色线图案中的环数就越多。

大口径高通量验证实验平台片状放大器热致退偏效应研究

氙灯抽运将导致钕玻璃内产生不均匀温升，这是产生应力退偏的根本原因。热致应力退偏效应将直接降低系统效率、影响光束质量，因此确定片内的温度分布以及应力分布，准确预测由此带来的光束退偏特性并合理设计光束填充因子是十分重要的。介绍了我国第一台单束输出能力超过万焦耳的惯性约束聚变激光驱动器中大口径高通量验证实验平台片状放大器的热致退偏效应，通过理论模拟计算获得了钕玻璃片内三维温升分布、应力分布与由此导致的退偏分布特性。结果表明，片状放大器在5．28％／cm平均小信号增益系数输出的情况下整个光束口径内的应力双折射是很小的，但方光束的四个角部处的应力双折射较严重，最大的退偏量约为0．13％，该结果与劳伦斯·利弗莫尔实验室实验测得的结果基本一致。输出的激光近场结果表明，片状放大器热致退偏效应可满足大能量装置输出设计要求。

面向高功率激光隔离器的磁光材料(特邀)

磁光材料作为激光隔离器中的核心部分,在激光系统尤其是高功率激光器中起到确保激光单向传输、保护种子源及前端系统、稳定激光输出的重要作用。介绍了目前近红外波段高功率隔离器中磁光材料的国内外研究现状,阐述了磁光材料在高功率条件下的关键磁光特性及其对器件性能的影响。对比了常用的TGG单晶、铽玻璃与数种新型高功率磁光材料如TSAG单晶、TAG陶瓷和TGG陶瓷的高功率性能,重点讨论了掺杂离子和制备工艺对TAG陶瓷高功率磁光性能、热光性能的影响以及最近TAG陶瓷研究的新进展,及其重要应用需求,探讨了仍处于起步阶段的3~5μm"大气窗口"中红外波段磁光材料的发展方向及前景。

新型电光调Q脉冲固体激光器的研究

针对传统的电光调Q脉冲固体激光器在高重复频率运转时易受热退偏振效应的影响,提出了一种利用方解石的自然双折射特性,将其作为起偏元件输出非线偏振激光脉冲的新型调Q方式。实验结果表明,采用这种调Q方案后,在20 Hz的重复频率运转时,激光输出能量较之1 Hz时平均降幅仅为2.3%,激光输出的稳定性得到较大的提高。

高能电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器

研究了室温运转灯泵电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的激光输出特性。选用高损伤阈值的掺镁LN晶体作为调Q晶体,并采用λ/4波片和平面镜组合的方式对热退偏效应进行补偿,从而实现了室温下电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器大能量输出。在冷却水温为22℃,重复频率为1 Hz,泵浦能量为200 J的条件下,得到了单脉冲能量443 mJ,脉宽90 ns的调Q输出。理论分析了λ/4波片对热退偏效应的补偿效果,实验测量和分析了偏振片、LN晶体等调Q器件的插入损耗,并分析了激光器输出能量对重复频率的依赖现象。

Nd:YAG方形薄片激光介质应力双折射及退偏损失

在高功率Nd:YAG激光器中,由于部分抽运能量转化为热能沉积在介质之中,以及不均匀的冷却,导致激光介质内的温度分布不均匀,温度梯度进一步导致了介质内应力双折射、热透镜等热效应。模拟计算了Nd:YAG薄片激光介质在一定温度和应力分布条件下的应力双折射,并模拟计算了线偏振光通过该薄片介质后的退偏损失,计算结果与实验结果相符合。总结了一套计算晶体应力双折射的数值方法,并在此方法基础上编制了相应的MATLAB程序,为晶体应力双折射的消弱和退偏损失的补偿提供参考。

双支路电光Q开关高重频激光器研究

报道了一种采用LD侧面泵浦、双支路电光Q开关实现热退偏补偿的高重频固体激光器。在重复频率1 kHz时,实现了平均功率6.7 W,脉冲宽度16.7 ns的TEM00模激光输出,对千赫兹高重频、窄脉宽、高光束质量激光器的研发具有一定的参考价值。

2.94 μm Er:YAG激光热效应数值模拟及实验研究

理论分析了Er:YAG激光晶体的热退偏效应,模拟计算了该晶体棒端面退偏的分布,并进行了偏光干涉实验验证。结果表明,数值模拟和实验结果完全一致,热退偏效应随抽运能量增大而增强,退偏分布呈十字形,最大退偏发生在晶体棒端面上与起偏器偏振方向成45°方位处。同时,还阐明了一种利用临界稳定腔来测量灯抽运脉冲Er:YAG激光器有效热透镜焦距的简单方法,测量出不同抽运功率下Er:YAG晶体的等效热焦距。

Nd:YAG激光器增大线偏振输出功率的实验研究

由热应力双折射产生的热退偏是限制Nd:YAG激光器线偏振输出功率的重要因素。本文理论分析并实验证明,相比于传统的[111]方向切割的Nd:YAG晶体棒,使用[100]方向切割的Nd:YAG晶体棒能够改善Nd:YAG激光器的线偏振态输出功率。在理论分析的基础上,实验中采用半导体侧面泵浦不同切割方向的Nd:YAG棒状晶体,比较[111]、[100]方向切割晶体的线偏振输出特性,实验证明[100]方向切割的Nd:YAG棒状晶体,有最小的晶体热退偏方向,可以提高激光器的线偏振输出功率。

高平均功率热补偿电光开关

概述了高平均功率激光器电光开关中产生的热光退偏和波前畸变,介绍了采用KTP和DKDP晶体热补偿电光开关的原理和技术。

高重复频率大能量单纵模激光器

采用半导体激光抽运单纵模激光器作为主振荡器、三级氙灯抽运的Nd∶YAG放大器及受激布里渊散射(SBS)位相共轭镜组成双通放大MOPA系统 ,并采用像传递、热退偏补偿及消除激光器自激等关键技术 ,完成了一套高重复频率大能量单纵模激光器。在频率为 4 0Hz时 ,获得输出能量 >4 5 0mJ,能量输出稳定性为 3 5 %(RMS) ,脉冲宽度约 8ns,光束质量为近衍射极限 (<1 3衍射极限 )

425mJ高光束质量特殊取向Nd:YAG激光放大器

基于主振荡功率放大结构,采用特殊取向Nd:YAG激光放大器,获得高脉冲能量、高光束质量的激光输出。激光放大结构包含种子源、预放大级和主放大级三部分。在主放大级中,采用串联放置的激光二极管侧面抽运Nd:YAG棒状放大模块对种子光进行放大。为了获得高光束质量的输出光束,对不同切割方向Nd:YAG晶体棒的热退偏损耗进行了模拟。根据模拟结果,放大模块选择[100]切割方向的Nd:YAG晶体棒作为增益介质。在重复频率为200Hz、脉宽为25ns、脉冲能量为40μJ、光束质量接近衍射极限的种子光注入条件下,获得了425mJ脉冲能量输出,输出光光束质量因子为1.37,功率稳定度为0.81%。