高功率Yb:YAG微片激光器热效应研究

为了研究抽运光在Yb:YAG晶体内产生的非均匀性温升以及引起的热效应问题,以半解析热分析理论为基础,结合超高斯光束端面抽运、背向冷却Yb:YAG微片工作特点分析,采用热传导方程一种新的求解方法,得出了Yb:YAG微片内部温度场、热形变场、附加光程差的半解析计算表达式。并定量分析了超高斯光束不同阶次、不同光斑尺寸抽运时对于Yb:YAG微片温度场、热形变场的影响。结果表明,若使用50W、光斑半径300μm的5阶超高斯光束端面抽运掺镱离子原子数分数为0.08的Yb:YAG微片,抽运面上可获得52.18℃最高温升量,产生0.1195μm最大热形变,引起0.2152μm的附加光程差。该研究结果对于微片激光器热不敏谐振腔最优化设计具有理论指导作用。

二极管泵浦双掺杂YAG微片自调Q激光器

利用激光二极管泵浦双掺杂YAG微片晶体,在连续泵浦时获得了重复频率为2.78kHz,脉冲宽度为6ns的自调Q激光输出。并通过预泵浦加脉冲调制电流的方法,实现可控重复率的自调Q脉冲输出。与外腔式自调Q微片激光器相比,这种一体化微片激光器具有更高的转换效率、更窄的输出脉冲宽度和更高的重复频率,同时结构更为简单紧凑,易于调整。

采用Nd:YAG微片激光器的激光回馈干涉仪的研制

微片激光器具有极高的光回馈敏感度,在回馈测量技术中占据重要地位。准共路激光回馈干涉技术在保持了微片激光器的高光回馈灵敏度以及外差式光回馈相位测量方法的高分辨率等优点的同时,通过频率复用技术消除了回馈干涉仪的空程带来的负面影响,大幅度地提高了回馈干涉仪的抗环境干扰能力。它可以进行非配合目标的非接触式精密位移测量,从而填补了现有激光干涉仪在精密位移测量应用方面的一个空白。通过与Agilent5529A双频激光干涉仪多次比对,得到回馈干涉仪目前达到的指标为:线性度优于3×10-5,量程50 mm,标准差在200 nm左右。

LD泵浦Nd∶YAG微片激光器异常强度噪声研究

针对实验中发现LD泵浦Nd∶YAG微片激光器的三类异常强度噪声,其强度波动幅度达20%～30%,严重影响了系统的稳定性,从理论和实验上对这三类强度噪声的特性进行了研究,包括外部光回馈引入的功率波动,LD异常噪声向固体激光器的传递,端泵浦偏离引起的模式耦合等。就各类噪声来源分别提出了相应的消除方法,抑制了微片Nd∶YAG激光器输出功率噪声,改善了激光输出特性,满足了频差精密测量的需要。

高掺杂浓度Nd∶YAG微片激光器获得高效激光输出

用温度梯度法成功地生长了高掺Ｎｄ:ＹＡＧ晶体(Ｎｄ掺杂浓度高达３ａｔ．%)采用脉冲和连续的钛宝石激光器作为抽运源,对掺杂浓度分别为２ａｔ．%和３ａｔ．%的Ｎｄ:ＹＡＧ晶体微片进行了激光实验,获得了高效的激光输出．

键合Nd∶YAG/Cr^(4+)∶YAG被动调Q微片激光器的优化设计

为了提高LD抽运脉冲微片激光器的输出性能和系统的集成度,采用龙格-库塔法对包含自发辐射与抽运速率的被动调Q速率方程进行了数值求解,结合被动调Q激光器输出参量的表达式对LD端面抽运的键合Nd∶YAG/Cr^(4+)∶YAG微片激光器输出参量进行了数值仿真。结果表明,利用长度1mm/1.5mm的键合Nd∶YAG/Cr^(4+)∶YAG晶体作为增益介质,当Cr^(4+)∶YAG的初始透过率为75%、输出镜的透过率为30%、抽运光和腔内基模光半径均为100μm时,能够在抽运功率为4.5W的条件下实现平均功率0.7W、脉冲宽度174ps、重复频率16.1kHz的理论激光输出。该研究对被动调Q微片激光器的参量优化和应用具有理论指导意义。

基于Nd:YAG/V:YAG键合晶体的1338 nm微片激光器研究

基于Nd:YAG/V:YAG键合晶体,在连续和准连续LD端面泵浦条件下,研究了输出波长1 338 nm的被动调Q微片激光器的输出特性。在连续泵浦条件下,最大的输出功率为0.73 W,此时得到稳定的调Q脉冲输出,脉冲宽度为139 ns。在准连续泵浦下,获得了被动锁模调Q激光输出,输出的最大功率为1.01 W,对应的脉冲宽度为80 ns,其中的锁模系列单脉冲宽度约为70 ps。实验结果表明,Nd:YAG/V:YAG键合晶体有利于获得高功率紧凑的1 338 nm脉冲激光输出,同时准连续泵浦能有效地降低激光晶体的热效应从而获得更高功率的激光输出。

基于Nd:YAG/Cr:YAG键合晶体的被动调Q微片激光器

利用端面泵浦Nd:YAG/Cr:YAG键合晶体搭建了1064 nm被动调Q微片激光器。采用100 Hz脉冲光源泵浦键合晶体,获得了脉冲宽度1.72 ns、峰值功率70.3 kW、单脉冲能量120μJ的被动调Q脉冲激光,相应的最大光-光转化效率为4.1%。利用连续光源泵浦,获得了重复频率为3.1 kHz、脉冲宽度为3.54 ns的被动调Q脉冲激光。相应的单脉冲能量达到了158.7μJ,峰值功率为44.8 kW,平均输出功率为492 mW,斜效率为6.7%。

LD端面泵浦微片固体激光器实验研究

使用2 0mm× 1mm的Nd3+∶YVO4 和6mm× 1mm双掺Cr4 +Nd3+∶YAG微片晶体并在晶体两端面直接镀膜可形成微型F -P谐振腔微片激光器。在 1.6 90W的连续泵浦下双掺的Cr4 +∶Nd3+∶YAG可以获得非常稳定的波长 1.0 6 4μm、脉宽 6ns、平均功率 13.5mW和重复频率10kHz的被动调Q激光脉冲输出。并且通过在直流基电流上加适当的预泵浦脉冲技术实现了可控的脉冲输出序列。Nd3+∶YVO4 晶体在 1WLD连续泵浦下获得了倾斜效率 2 3.3%的 1.0 6 4μm激光输出 ,并在实验中发现脉冲泵浦下的输出激光脉冲呈现出类似于调Q的特性 ,每个脉冲包含多个子脉冲 ,子脉冲宽度约为 180ns。

Yb:YAG微片激光器的研究进展

简要介绍了激光二极管泵浦微片激光器的特点及应用。系统介绍了掺离子激光晶体材料作为激光增益介质的微片激光器的特点。重点介绍了国内外各种Yb:YAG微片激光器的研究现状,在此基础上,对微片激光器的应用前景进行了分析。

高频率微片自调Q激光器的研究

利用自行设计的频率可调(10Hz～250kHz)的信号源,驱动激光二极管(LD),然后再利用LD对Cr4+,Nd3+∶YAG微片晶体进行脉冲抽运,获得了频率10Hz～40kHz,最窄脉宽到40ns的稳定的调Q激光脉冲输出序列。对输出激光脉冲与调制信号脉冲的占空比关系进行了比较和分析,取得了良好的效果。

小型化亚纳秒YAG/Nd:YAG/Cr^(4+):YAG微片激光器

脉冲半导体激光(LD)泵浦被动调Q微片激光器是产生小型化、大能量(mJ量级)、亚纳秒激光脉冲的主要技术途径。基于速率方程理论推导了脉冲LD泵浦被动调Q微片激光器首脉冲建立时间及多脉冲间隔时间方程,数值求解并分析了泵浦功率、泵浦脉宽等参数对亚纳秒激光输出脉冲数目的影响规律,在此基础上搭建了脉冲LD端面泵浦YAG/Nd:YAG/Cr^(4+):YAG微片激光器,实现了单脉冲能量1.2 mJ、脉冲宽度574 ps、峰值功率2.1 MW,光束质量因子M^(2)=1.21的1064 nm近衍射极限亚纳秒脉冲激光输出。

超小型微片YAG激光器

1 纳米激光器技术十几年前研究了取代气体激光灯泵浦的LD泵浦固体激光器(DPSSL).然而,该激光器的商业应用受到限制.这是由于DPSSL的成本高,和其结构复杂所致.1995年日本光科学研究公司开始研究微型激光器,试图把DPSSL广泛用于光电机械(OEM)领域.特别是随着半导体激光器的成本下降和配件供应企业愈来愈多,这种倾向变得越来越强.纳米激光器公司于1996年研制出成本低、尺寸小的无源Q开关.目前该公司研制的纳米激光器成为OEM用的理想激光器.其特点是光强大,并且在红外到紫外波段能得到光束质量好的直线偏振激光.该激光器体积小、结构紧凑、不需要维修组件,并且成本低,因此可大批量生产.2

双频微片激光器的研究进展

介绍了双频微片激光器的原理与国内外各种双频微片激光器的研究成果及其在精密测量中的应用,尤其是LD泵浦的双频微片激光器。分析了影响双频微片激光器产生大频差的因素,并展望了双频微片激光器今后的发展趋势。

Yb∶LuAG微片激光器

掺镱镥铝石榴石(Yb∶LuAG)的一些独特性质使其适合作为固体激光材料。该材料在970nm有高效的吸收,在该波段具有比940nm泵浦更高的量子效率。研究还表明这种材料适合用于产生超短脉冲激光。

钛宝石泵浦Cr,Nd:YAG微片的自调Q激光特性

用连续的钛宝石激光泵浦１ｍｍ厚的 Ｃｒ４＋，Ｎｄ３＋：ＹＡＧ晶体微片获得了１．０６４μｍ的自调Ｑ激光输出．输出的激光调Ｑ脉冲非常稳定，泵浦的阈值功率为３０ｍＷ，脉冲宽度为１００ｎｓ，随着泵浦功率的变化，脉冲宽度保持不变，而重复率则在变化．斜率效率随着输出耦合镜透过率的变化而变化。当输出耦合率为５％时，斜率效率高达２０％．这一研究有助于进一步发展激光二极管泵浦的全固化的自调Ｑ微片激光器．

高功率微片固体激光器

本文对Yb∶YAG/YAG复合激光增益介质的侧面泵浦微片固体激光器进行了研究,制作了高光束质量和低波前畸变、输出功率达90W的微片固体激光器,对超薄片式激活介质和透镜形激活介质等几种复合增益介质的新型设计进行了介绍和分析。

LD端面泵浦变热导率方形Yb∶YAG微片晶体热效应

针对激光二极管端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体产生的热效应问题,运用半解析方法计算该晶体的温场分布。根据连续LD端面泵浦方形Yb∶YAG微片晶体的工作特性,建立符合实际工作情况的热模型,构造初始条件和边界条件。同时考虑到晶体的热导率是温度的函数,并结合牛顿法求解热传导方程,得到晶体温度场的一般解析表达式。定量分析了不同的泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体厚度因素对变热导率方形Yb∶YAG微片晶体温度场的影响。结果表明:使用泵浦功率为80 W、超高斯阶次为1、光斑半径为400μm的泵浦光对含方形Yb∶YAG微片晶体质量分数为8.0%、晶体的尺寸为4×3×1mm3进行泵浦,将晶体的热导率视为常量和变量时,泵浦端面获得的最大温升分别为41.25℃和52.14℃。研究结果对减小全固态Yb∶YAG晶体的热效应问题具有指导意义。

LD抽运Cr,Tm,Ho∶YAG微片激光器单纵模运转特性的研究

研究了LD抽运的单纵模Cr,Tm,Ho∶YAG微片激光器,激光器厚度为1mm,在用波长785nm的LD进行端面抽运时,激光器阈值为1060mW,单纵模激光最大输出功率为31mW.对激光器输出功率随温度变化特性进行了研究,验证了CTH∶YAG晶体的温度敏感性.还研究了激光器的温度调谐特性,实验测得激光器的温度调谐系数为1.4GHz/℃.

紧凑型高峰值功率高光束质量百皮秒激光器技术

报道了一种LD泵浦的紧凑型、高峰值功率、高光束质量、稳定性好的百皮秒激光技术。采用LD端面泵浦微片激光器(Microchip Laser),通过优化激光工作物质的掺杂浓度、长度、透过率和耦合系统等光学参数,在工作频率为100 Hz时,获得了脉冲宽度为297 ps,峰值功率≥80 MW,光束质量为M^2=1.4,能量不稳定性0.02%的单纵模激光输出。