高功率二极管泵浦固体激光器研究的新进展

本文对高功率二极管泵浦固体激光器和相关技术研究的新进展作了报道和分析

高功率二极管泵浦固体激光器的技术问题和应用前景分析

本文基于近年来的工作，对高功率二极管泵浦固体激光器的一些关键技术问题进行了分析，提出了向更高功率水平发展可行的技术方案，并讨论了应解决的关键问题。最后，展望了高功率二极管泵浦固体激光器的应用前景。

大功率二极管泵浦固体激光器的应用和发展

从二极管泵浦固体激光器 ( DPSSL)的优势出发 ,指出了 DPSSL向大功率方向发展并在某些领域取代其他类型激光器的趋势 ;概括介绍了大功率 DPSSL的诸多应用领域和广阔的市场前景 ;并深入分析了实现大功率 DPSSL 输出的几种成功方案 ;指出了国内及早进行大功率 DPSSL研究的紧迫性。

高功率二极管泵浦腔内倍频激光器

成功研制了一台高功率二极管泵浦声光Q开关腔内倍频Nd:YAG激光器。当泵浦功率约为350W时,采用透过率为30%的输出耦合镜,调Q激光输出功率32.5W,脉宽约200ns,重复频率7kHz;采用Ⅱ类匹配KTP晶体腔内倍频,获得了32.5W的绿光输出,脉宽约120ns。输出光束平滑,远场为类高斯分布,测得的光束质量因子为3.6。

大功率二极管泵浦固体激光器

介绍了近几年来 ,大功率DPSSL的研究状况 ,对各种新出现的DPSSL的核心部件———二极管泵浦头的设计结构作了简要的描述 ,分析。

高功率半导体泵浦固体激光器输出特性的研究

通过实验详细测量了水温、工作电流对二极管激光器发射波长的影响;采用光线追踪法模拟计算出在不同泵浦参数下半导体泵浦光在Nd:YAG棒内的分布情况,得到了圆周上泵浦模块的个数,泵浦光发散角等因素对泵浦光分布均匀性的影响。采用直接泵浦方式,分别设计了二种不同功率水平的半导体泵浦的Nd:YAG固体激光器聚光腔,得到了170和800 W的输出功率,并对激光器的输出特性进行详细测量,最大光光转换效率达37%,电光转换效率约为16%。

谐振腔状态对高功率Nd:YAG脉冲固体激光器光束指向稳定性的影响

针对评估高功率固体激光器光束指向角不稳定性的需求,构建了考虑热分布和增益分布的激光光场数值计算模型,分析了谐振腔输出镜和反射镜失谐程度对光束指向稳定性的影响。定义了腔镜转动微扰因子和腔镜移动微扰因子,分别描述腔镜平行失谐和共轴失谐的程度,并在谐振腔光场计算中引入了微扰因子、热效应调制和增益调制。利用该方法研究了高功率Nd:YAG固体激光器在腔镜失谐状态下,谐振腔参数对光束指向稳定性的影响。抽运功率为10000 W,腔镜转动微扰因子和腔镜移动微扰因子分别在1×10^(−4)~50×10^(−4)和1×10^(-7)~50×10^(-7)范围内变化时,激光束指向偏移角均方根值在抽运脉冲时间内的波动范围为1×10^(-6)rad~5×10^(-3)rad。

二极管泵浦的2μm高重复频率脉冲固体激光器

报道了连续二极管端面泵浦2 μm高重复频率Tm,Ho:YLF激光器的实验研究结果.792 nm光纤耦合激光二极管作泵浦源,泵浦液氮制冷的Tm,Ho:YLF晶体.动态运转时,平均输出功率达到4 W,相应的能量抽取效率大于85%.采用声光调Q方式,重复频率1～50 kHz可调,10 kHz时,峰值功率达到12 kW,最小脉宽为32 ns.同时,还对二极管泵浦2 μm激光器设计中的各种因素进行了分析.

拟柱面激光二极管阵列端面泵浦方式提高固体激光器性能

就高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器提出一种新的耦合方式:激光二极管阵列拟柱面排布,即所有激光二极管面阵成1维圆弧型排列,圆弧的圆心在增益介质的几何中心,其后紧接一个空心导管进行耦合传输。建立了3维光线追迹程序对这种新耦合方式的特性进行模拟。模拟计算结果表明:这种耦合方式中二极管阵列排布方式灵活,当二极管阵列面阵单元以1×12(圆弧方向)、2×6(圆弧方向)、3×4(圆弧方向)这3种排布方式排布时,在较大的圆半径变化范围内均能实现高的输出耦合效率和高的能量沉积效率;当增益介质紧贴导管输出放置时,3种方式排列均能在增益介质中实现均匀平顶分布;当快轴方向所排阵列个数与慢轴方向所排阵列个数之比接近慢轴发散角与快轴发散角之比时,能获得更好的耦合效果。

二极管泵浦高能固体激光器中的光热耦合现象

为满足二极管泵浦的高能固体激光器(DPSSL)的理论分析要求,研究了DPSSL中产生光热耦合现象的物理机制。在微观上,上激光能级粒子的热弛豫导致增益介质的产热与激光场强度分布相关,而激活离子在各Stark能级间的热配分使得激光场分布与温度场相关。加之通常的热光效应所导致的激光场对温度场的依赖性,激光场和温度场产生彼此耦合。在大口径的高能DPSSL中该耦合现象变得重要,并且在这类激光器中大幅度改善了无耦合情况下的热透镜效应对光束质量的影响。

二极管泵浦的高重频脉冲固体激光器研究

文章报道二极管泵浦的1000Hz高重频、脉冲固体激光器的实验研究结果:双向端面泵浦,每个脉冲输出43mJ,近TEM00模,光-光转换效率η=43%。采用端面泵浦结构,在输出激光的效率、模式上都具有明显的优势,对工作物质冷却的结构也比较简单,且不会因为冷却而牺牲泵浦效率。

0.47J×100Hz高光束质量二极管泵浦脉冲固体激光器

采用二极管侧面泵浦结构和主振放大方案,设计和实验研究了大能量高光束质量脉冲固体Nd:YAG激光器。获得了单脉冲输出能量0.47J,重复频率100Hz,光束质量M2因子为4的高光束质量全固态脉冲激光输出。

空间高功率激光二极管泵浦源阵列的相变热控系统

为了实现空间高功率激光二极管泵浦源阵列的快速散热,建立了空间高功率激光二极管泵浦源阵列相变热控系统,对热控系统的热界面材料(TIM)、紫铜热沉、相变材料、相变增强材料、主动加热回路和太空辐射板进行了研究与设计。首先,介绍了激光二极管泵浦源阵列的热特性与热控指标,从而提出热控设计思路,详细设计了热控系统,并在有无泡沫铜填空的条件下制定了两种热控方案。然后,用NX软件分析了两种不同的方案。分析结果显示:不填充泡沫铜方案的整个相变过程在800 s完成,LD上的温度最高达到59.98℃,相变材料上表面温度最高达到47.12℃;填充泡沫铜方案在200 s内完成相变过程,LD最高温度为38.35℃,并且LD在360 s后和相变温度点温度一致。填充泡沫铜方案可以满足10~40℃的温度指标要求。最后,根据填充泡沫铜方案设计加工了激光二极管泵浦源阵列热控系统,通过实验验证,该系统可以满足空间高功率激光二极管泵浦源阵列快速散热要求。

LD泵浦的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)中红外高功率固体激光器(特邀)

3μm波段激光是高精度外科手术的理想光源,也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er^(3+)掺杂晶体是获得2.7~3μm波段中红外激光的有效技术途径,具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er^(3+)2.8μm激光下能级阻塞问题,一般需要高浓度掺杂,但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收,增强了激光晶体的热效应,从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成"团簇",将低浓度Er^(3+)掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)激光晶体,利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出,这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时,文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8μm激光特性进行了研究。实验结果表明,低浓度掺杂的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料,有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。

二极管侧泵浦高效率连续波10W单横模激光器

对二极管激光器侧泵浦 Nd:YAG板条连续波激光器进行了优化设计 ,用光线追迹的方法计算增益介质内的增益分布 ,优化增益介质的大小 ,通过谐振腔的设计 ,使泵浦体积与激光的 TEM0 0模的模体积匹配 ;建立了高效可靠的连续波 Nd:YAG激光器 ,用 4 0 W的线阵激光器作泵浦源 ,单横模输出功率达 1 1 .8W,光 -光效率近 30 % ,激光功率起伏小于 1 .2 %

二极管侧面泵浦固体激光器热效应研究

文中对大功率二极管侧面泵浦固体激光器的热效应进行了分析 ,并对灯泵浦固体激光器与二极管固体激光器的热效应进行比较 ,在实验中得出了大功率二极管侧面泵浦固体激光器热效应的经验公式。

二极管侧面泵浦固体激光器TEM_(00)模输出研究

针对大功率二极管 (LD)侧面泵浦固体激光器的光耦合及泵浦结构方面的问题 ,我们设计了一套相应的高效光耦合系统及三个二极管 1 2 0°对称泵浦的结构系统。在此基础上 ,实现了高重频、高效率的 TEM0 0 模激光输出。

LD泵浦的高效率全固体低噪声绿激光器

介绍了一种LD泵浦的高效率全固体Nd :YVO4 /LBO低噪声绿激光器。使用LBO晶体腔内倍频避免了KTP易出现的灰线问题 ;用三镜折叠腔结构可减少Nd :YVO4 对绿光的吸收 ;满足了基模光斑与泵浦光斑的模匹配条件 ;使LBO在高的基频光功率密度下可得到较高的倍频效率。实验证明 ,该结构能够实现高效率的稳定绿光输出。在泵浦光功率为 1 6W时 ,稳定输出功率达 2 5 8mW ,光光转换效率达 16 1%。

二极管泵浦固体激光器的热管理研究

研制了二极管泵浦固体激光器,较好地解决了热管理问题,达到输出峰值功率20mW;M2因子为3;通过了-40^+60℃的环境及其它苛刻条件的考核,可广泛用于激光指示器、激光测距机等。