基于光谱合束的双波长输出Nd:YAG固体激光器

报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长,从而实现合束,获得的激光源中心波长锁定在1 061.5 nm和1 064.6 nm,两谱线中心间距为3.1 nm,组合光束的输出能量为173 mJ,组合光束的光束质量因子M2为2.8×2.2;两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ,在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1,在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9;组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%,组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求,在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。

双波长LD泵浦Nd^(3+)∶YAG免温控被动调Q激光器的研究

传统的固体激光器体积、重量大,功耗高,限制了其在空间受限设备中的应用。被动调Q的LD泵浦免温控固体激光器省去了复杂的温度控制装置,调Q机构简单,能够满足复杂温度环境的特殊应用场景的小型化、低功耗要求。提出了基于双波长LD泵浦实现宽温度范围免温控阈值自适应的1.06μm激光脉冲输出方法。基于Nd∶YAG晶体设计了角锥棱镜谐振腔,仿真分析了LD泵浦源到激光棒的面心距对热负载的影响,并确定4 mm的最佳面心距。数值分析了相同泵浦功率下-40~60℃温度范围内激光静态能量输出变化,以及不同初始透过率的可饱和吸收体对激光阈值脉宽的影响。计算结果表明在-37℃~60℃范围内,阈值脉宽都在200μs以下,阈值脉宽最低点达到了29.4μs。构建主波实时探测的阈值自适应调节装置并搭建实验系统,实验结果表明,在温度范围为-35~60℃时,阈值脉宽变化范围为40~180μs。采用激光腔体一体加工成型,应用轻量化的铝合金材料,实现工程化应用,体积83.5 mm×44 mm×29.5 mm,重量约为230 g。在23.8%初始透过率的饱和吸收体条件下实现单脉冲输出能量42 mJ,脉冲宽度5.2 ns。

基于零声子线泵浦的高效率Yb∶YAG薄片激光器

高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长,提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题,利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等,搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统,实现了最高输出功率373 W,光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。

LD泵浦Nd:YAG晶体双波长和频激光器

通过激光二极管(LD)泵浦Nd:YAG产生1064 nm、1319 nm、1338 nm基频光,利用KTP晶体第二类相位匹配获得波长分别为589/593 nm的和频激光输出。从Nd:YAG晶体能级跃迁特性出发,揭示了Nd:YAG作为工作物质可以产1319/1338 nm激光的可能性。通过非线性光学转换频率及相关理论,分析了产生双波长和频输出的原理,同时也为多波长激光器的研究提供了参考。

腔外旋转泵浦的Nd∶YAG固体激光器研究

固体激光器的热管理仍然是高功率激光系统发展的一个持续挑战。在激光系统中增益介质和泵浦光之间引入相对运动是一种高效的热管理方案。针对静止泵浦,旋转增益介质泵浦以及泵浦光旋转泵浦3种泵浦方式,借助有限元数值模拟方法分析了Nd∶YAG晶体的温度分布。泵浦光以800 r/min旋转时,在35 W泵浦功率下,使用标准的热沉冷却技术,晶体的最高温度达到约36℃,仅增加约16℃,这远低于静止泵浦时的142℃。实验设计并演示了一种腔外旋转泵浦的Nd∶YAG激光器,得到了12.2 W的1 064 nm连续输出,斜率效率为37.2%,这大于静止时的35.1%,实验结果与理论结果相符合。研究表明,腔外旋转泵浦的固体激光器拥有高效的热管理。

紧凑高效型百瓦级2μm棒状Tm:YAG激光器

报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管(LD)侧面泵浦激光模块,提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构,包含单个激光模块,几何腔长为88 mm,整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却,在冷却温度为12℃条件下,获得了最高功率为119 W、波长为2.02μm的激光输出,光-光转换效率为19.6%,斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h,功率波动小于1%,晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得x和y方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。

CTH：YAG激光器及其医学临床应用

介绍了在室温下运转的Ｃｒ、Ｔｍ、Ｈｏ：ＹＡＧ激光系统。阐述其工作原理和有关特点，并着重讨论ＣＴＨ：ＹＡＧ激光在医学领域的临床应用。

Nd:YAG调Q激光器下能级寿命对激光脉冲性能的影响

在对Nd:YAG调Q激光器进行分析和设计时,研究人员通常选择忽略激光下能级寿命对脉冲波形的影响。当激光脉宽远大于激光下能级寿命时,这种近似一般不会带来太大偏差;而当脉宽达到纳秒量级时,Nd:YAG晶体约30 ns的下能级寿命对脉冲波形的影响会变得非常严重。建立了Nd:YAG下能级寿命对输出脉冲波形影响的理论分析模型,并对窄脉宽的Nd:YAG调Q激光器的输出波形进行仿真研究。研究结果表明,在窄脉宽激光输出情形下,激光下能级寿命会导致调Q脉冲在主峰后出现尾峰,尾峰能量可达主峰能量的一倍以上。同时建立了Nd:YAG声光调Q激光器实验系统,在与仿真计算近似的条件下测量调Q脉冲波形,观察到与仿真结果一致的尾峰现象,实验验证了理论模型的正确性。

2.94μm室温连续Er:YAG激光器的研制

研制了一种结构简单的LD端面泵浦2.94μm Er:YAG连续激光器。该激光器采用双端键合YAG端帽方式降低了晶体的端面温度。泵浦源采用小芯径的输出光纤和非球面镜耦合系统,减小了小泵浦光斑在晶体中的发散速度,并提高了泵浦均匀性。当泵浦光波长为969.7 nm时,Er:YAG晶体前段对泵浦光的吸收较弱,因此激光器增益介质前端热聚集效应得到了缓解。通过热像仪在实验中对键合和非键合Er:YAG晶体端面温度进行观测对比,并使用COMSOL软件对激光器热分布进行了模拟分析,证明了上述措施对减小高掺杂Er:YAG晶体热效应的有效性。最终成功实现了155 mW的2.94μm连续激光输出。另外还观测到激光器输出波长随泵浦功率增加的红移现象并对其在能级跃迁层面进行了理论解释。

Nd:GdTaO_(4)/Cr^(4+):YAG键合晶体调Q激光器脉冲输出特性理论研究

根据激光速率方程,对Nd: GdTaO_(4)/Cr^(4+):YAG键合晶体调Q激光器的脉冲输出特性进行了理论研究。系统分析了1.06μm波长附近可饱和吸收体Cr^(4+):YAG的初始透过率和激光谐振腔输出镜的反射率对调Q激光器的脉冲重复频率和脉冲宽度的影响。在初始透过率T0一定时,研究了不同反射率的输出腔镜与调Q激光脉冲宽度的关系,当R=0.7时,脉宽达到了0.24 ns。同时理论模拟了输出镜反射率为固定值时,激光器输出特性与初始透过率T0之间的变化关系。研究发现,随着初始透过率增大,脉冲宽度有下降趋势,在T0=0.76获得0.264 ns的脉冲宽度,但是,输出脉冲的重复频率逐渐增大。研究结果表明,可饱和吸收体初始透过率和输出镜反射率对Nd: GdTaO_(4)/Cr^(4+):YAG调Q激光器输出脉冲的影响程度不同,选择合适的T0和R可以输出理想的激光脉冲。

Tm:YLF谐振泵浦Ho:YAG主动调Q多波长激光器

中红外多波长固体激光器因其在不同领域的广泛应用而受到关注。本文基于此,搭建了Tm:YLF谐振泵浦Ho:YAG主动调Q内腔式固体激光器。选用掺杂浓度为2.5%的Ho:YAG作为激光增益介质,通过改变腔内损耗,调控反转粒子数比率,进而改变腔内振荡波长。研究表明,在调制频率为4 kHz、泵浦功率为8.492 W时,获得了最大输出功率为1.467 W,平均脉冲宽度为50 ns,对应的光光转化效率为17.3%,斜效率约为21%。在连续运转模式下,腔内仅存在单一2122.41 nm波长振荡,而在脉冲运转模式下,腔内振荡波长为2090 nm、2097 nm、2122 nm同步振荡。输出激光沿x方向和y方向的光束质量分别为1.64和1.65,输出模式为基横模。

低温CTH:YAG激光器的实验研究

为提升钬激光输出特性,分析了CTH:YAG激光器能级跃迁全程,根据CTH:YAG激光器准三能级的特点,采用BaSO_4漫反射聚光腔,测试了不同频率,不同冷却温度、不同输出镜反射率和不同CTH:YAG晶体面型对钬激光输出能量的影响。实验结果表明,在水温为10℃,输出镜反射率R=85%,采用双凹面型晶体时,在注入131J时,8Hz下的激光能量输出达到了5.5J。

Cr,Tm,Ho:YAG激光器温度特性的数值分析

为了分析CTH:YAG激光器在受激跃迁时的温度特性,从速率方程中腔内光子数密度出发,考虑CTH:YAG的准三能级特性以及Tm-Ho准热平衡体系的影响,定义了相对振荡效能参量。采用数值模拟的方法,分析了相对振荡效能的温度特性,得到了其温度变化曲线。结果表明,CTH:YAG的相对振荡效能是温度的非线性减函数,且存在截止温度使腔内振荡无法产生;截止温度与Tm-Ho准热平衡体系的储能成正比,相对振荡效能也随Tm-Ho准热平衡体系的储能的增大而增大。这一结果为CTH:YAG激光器受激跃迁的温度特性提供了理论依据,对改善其工作特性和优化输出结果具有指导性意义。

Cr,Tm,Ho∶YAG激光器有效反转减少因子的数值模拟分析

为了分析Cr,Tm,Ho∶YAG(以下简称为CTH∶YAG)系统中Ho3+在受激跃迁时的工作特性,从速率方程中的反转减少因子出发,引入了有效反转减少因子的概念,从对有效反转粒子数利用率的角度,对其有效反转减少因子γC*TH∶YAG进行了数值模拟和分析。结果表明,γC*TH∶YAG是温度T的非线性递增函数,且在一定的工作温度范围内有一个拐点,存在一段近似线性的区域。在几十K到几百K的温度范围内均有1<γC*TH∶YAG<1.5,且在室温下γC*TH∶YAG更接近于1。另外,γC*TH∶YAG的取值还受Stark跃迁能级变化的影响,但其随温度变化的主要性质不会改变。明确了γC*TH∶YAG的意义和性质,为CTH∶YAG系统的温度敏感特性提供了理论依据,对优化输出结果有指导性意义。

宽温区Yb∶YAG板条激光模块热畸变仿真研究

本文对不同冷却温度下的Yb:YAG晶体板条激光模块高功率运转时的温度场、应力场及对应的热畸变进行了仿真分析研究。结果显示,随着冷却温度从300 K降低至77K,板条的温度梯度热应力与应变都明显降低。当冷却温度为77 K时,最大主应力为4.14 MPa,仅为常温时的15.6%,最大主应变为3.82×10^(-5),仅为常温时的6%。为了分析Yb:YAG晶体板条激光模块不同冷却温度下输出激光的光束质量,以确定其最佳运转温度,我们采用光线追迹的方法,对单程通过板条的1030 nm探测光进行仿真。可以看到,当冷却温度为77 K时,远场光斑能量更为集中,且探测光光程差的PV值为0.7941μm,仅为300 K时的59.6%。模拟结果表明低温运转有利于Yb:YAG晶体板条激光模块产生高功率高光束质量激光输出,这为高功率高光束质量Yb:YAG晶体板条激光的设计工作奠定了基础。

Cr^(4+)∶YAG被动调Q4倍频全固态紫外激光器的研究

设计了LD泵浦Cr4 + ∶YAG被动调Q的全固态Nd∶YAG脉冲红外激光器。腔外首先经过焦距为10 0mm的聚焦透镜 ,将 10 6 4nm的红外激光耦合到长为 9mm的KTP 2倍频晶体中 ,得到平均功率为 2 9mW的脉冲绿光。然后将 5 32nm的脉冲绿光经过焦距为 30mm的聚焦透镜 ,耦合到长为 4mm的BBO 4倍频晶体上 ,获得了峰值功率为 7.3W ,平均功率为 1.1mW ,重复频率为 12 .5kHz,脉冲宽度为 12ns的 2 6 6nm紫外激光 ,其绿光 紫外光的转换效率为 3.8%,红外光 紫外光的转换效率为 0 .7%。

二极管泵浦Yb:YAG Thin Disk激光器获得16 W连续激光输出

近年来，Ｙｂ：ＹＡＧ激光研究已被视为发展高效、高功率二极管泵浦固体激光器的一个主要方向．本文简要分析了 Ｙｂ ＹＡＧ作为增益介质优于 Ｎｄ ＹＡＧ的性质，阐述Ｔｈｉｎ Ｄｉｓｋ激光器的原理，并介绍了我们在国内首次获得 １６ Ｗ连续激光（波长 １０３０ ｎｍ）输出的二极管泵浦 Ｙｂ：ＹＡＧ Ｔｈｉｎ Ｄｉｓｋ激光器装置及数据．

热透镜效应补偿的高功率Nd:YAG激光器的优化设计

为了获得高功率、高光束质量的1064nm激光,采用凹透镜作为补偿透镜来补偿激光棒的热透镜效应。对补偿透镜的选取进行理论分析,并使用所设计的包含补偿透镜的平平谐振腔Nd∶YAG激光器进行了实验验证。在实验中,使用焦距为250mm的凹透镜、透过率为30%的输出耦合镜,获得了55W的高功率、高光束质量的1064nm激光输出。结果表明,此项研究对高功率、高光束质量激光器谐振腔的设计是有帮助的。

LD泵浦的Yb∶YAG激光器最新进展

简要介绍了Yb∶YAG晶体的激光特性 ,重点介绍了LD泵浦的Yb∶YAG激光器在几个国际著名的研究机构的最新进展 。

LD泵浦的被动调QYb:YAG薄片激光器实验研究

采用中心波长为940nm的激光二极管泵浦,实现了Yb:YAG薄片的Cr4+:YAG被动调Q激光输出.Yb:YAG薄片掺杂Yb3+离子浓度为10%,厚度为500μm.理论上计算了Yb:YAG薄片在直接水冷方式与不同厚度SiC冷却方式下的温度分布.实验中采用厚度800μm的SiC冷却方式,获得了最高功率2.8 W的1 030nm连续激光输出,输出功率相比直接水冷方式提高了40%.通过Degnan理论优化了被动调Q晶体Cr4+:YAG的初始透过率和输出耦合镜,采用初始透过率为93%的Cr4+:YAG晶体和透过率为10%的输出耦合镜,在800μm SiC冷却方式下,获得了平均输出功率1.95 W、单脉冲能量1.2mJ、脉冲宽度74ns、重复频率1.6kHz的稳定调Q脉冲输出,斜效率为18.1%.光束质量因子M2x=1.622,M2y=1.616.