LD侧面泵浦Nd:YAG激光器介质的瞬态热效应

基于热传导理论建立了LD脉冲单向侧面泵浦棒状Nd:YAG晶体的瞬态温度场分析模型,利用有限元软件模拟了LD单脉冲泵浦和重复脉冲泵浦过程中晶体的瞬态温度场,考察并分析了温度场分布规律及其影响因素。研究结果表明,单脉冲泵浦过程中的升温阶段,随着泵浦光功率、冷却水温度、吸收系数的增大,晶体中心的温升逐渐增加,而随着对流换热系数的增加,温升逐渐下降;在降温阶段,随着晶体半径和冷却水温度的增大,降温速率下降,而随着对流换热系数的增加,降温速率也增加;对重复脉冲泵浦过程中,占空比越大,引起棒的温升幅值越大、温升的周期性改变程度有所下降。该研究结果对LD侧面泵浦激光工作物质的热效应研究具有指导意义。

LD侧面泵浦Nd∶YVO4高重频紫外激光器

研制了二极管(LD)侧面泵浦Nd∶YVO4高重复频率355nm紫外激光器,针对Nd∶YVO4激光晶体的增益高、泵浦带宽宽的优点,激光器采用LD均匀三角侧面泵浦结构,利用声光调Q方式,选用Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配的LBO非线性晶体,设计了腔内三倍频V型谐振腔结构,获得了高重频、高增益的355nm紫外激光输出。在泵浦LD电流为30A、重复频率为20kHz时,355nm激光输出最大平均功率达到了8.5W,激光脉冲宽度为37ns,1064nm基频光到355nm紫外激光的光-光转换效率为25.8%,紫外激光泵浦阈值约为16A。

LD侧面泵浦电光调Q532nm脉冲激光器

为了实现高可靠、窄脉宽、高峰值功率激光输出,采用侧面泵浦技术和电光调Q技术,设计出一种激光二极管侧面泵浦电光调Q全固态绿光激光器。采用结构简单、紧凑的平-平腔设计,其端镜和输出镜均为平面镜,获得较稳定的侧面泵浦Nd:YAG腔外倍频KTP脉冲绿光激光输出。当泵浦电流为120A,重复频率为600Hz时,获得脉冲绿光的最高输出平均功率为3.62W,1064nm到532nm的转换效率为15.3%,其脉宽为21ns,峰值功率为300kW,单脉冲能量为6.01mJ。实验结果表明:该激光器稳定性可靠,输出激光脉宽较窄、峰值功率高。

LD侧面泵浦Nd∶GdVO_4 532nm绿光激光器

为了获得高功率窄脉宽532nm绿光激光输出,通过高重复频率声光驱动调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,获得高功率线偏振1 064nm激光输出。采用内腔倍频方式,对非线性晶体KTP进行频率变换,实现高功率窄脉宽绿光激光输出。在电源输入电流30A,调Q驱动频率10kHz的条件下,获得最高功率30 W线偏振1 064nm激光输出,脉宽30ns,倍频KTP晶体获得23.4W的532nm绿光输出,1 064nm到532nm转化效率为78%。实验结果表明:通过声光调Q技术和LD侧面泵浦Nd∶GdVO4技术,可以实现高功率线偏振窄脉宽1 064nm激光输出,倍频非线性晶体KTP可获得高功率窄脉宽532nm激光。

高功率LD侧面泵浦Nd:YAG激光器四镜折叠腔分析与设计

运用ABCD传输矩阵理论,把增益介质作为类透镜处理,对LD侧面泵浦地Nd:YAG激光器四镜折叠腔进行了分析,特别讨论了增益介质内部基模光斑半径和基模体积随泵浦功率变化的关系.在此基础上得到了一组腔的优化参数,能使激光器实现大基模体积热稳运转,并很好地补偿了像散.

基于Nd:YAG/Cr:YAG/YAG键合晶体LD侧面泵浦激光器

利用Nd∶YAG/Cr∶YAG/YAG键合晶体,建立了具有高平均输出功率的LD侧面泵浦被动调Q激光器系统.当Cr∶YAG的初始透过率为85%、最大泵浦光功率为187.5 W时,1 064nm激光的平均输出功率为83.68W.通过KTP晶体进行倍频,在最大泵浦光功率下,产生了27.2W532nm绿光激光脉冲,同时脉冲宽度和重复频率分别为210ns和21.2kHz;绿光单脉冲能量和峰值功率分别为1.28mJ和6.1kW;泵浦光(808nm)到倍频光(532nm)的光-光效率为14.5%.

LD侧面泵浦Tm:YAG电光调Q激光的实验研究

介绍了一种激光二极管(LD)阵列侧面泵浦电光调Q的高峰值功率、窄脉宽的Tm:YAG激光器。使用LGS晶体作为电光Q开关,研究了白宝石堆片和格兰棱镜分别作为起偏器时激光输出的特性。研究表明:使用白宝石堆片作为起偏器时,随着泵浦能量的增加会有尾脉冲出现;而使用格兰棱镜作为起偏器时,则无尾脉冲。使用格兰棱镜作为起偏器时,该激光器输出激光中心波长为2.02μm,在重复频率为10 Hz时,可获得最大单脉冲输出能量为60 m J、脉冲宽度为65.6 ns、峰值功率为0.91 MW、斜效率为5.41%的激光输出。

LD侧面泵浦全固体激光器实验系统的研究

LD侧泵技术已经广泛应用到各行各业,所以,将LD侧泵全固体激光器的实验系统推广到国内各大高校的相关专业是非常必要的。本套实验系统可作为光信息、应用光学等相关专业的本科生的设计性实验(如腔型的设计)、综合性实验(光、机、电、算的综合)并且可以扩展为研究生实验(整机的搭建、振镜扫描等)。该文主要完成了用输出功率可达50 W的LD模块搭建激光器的光学系统,选择驱动电源、水冷系统,组建LD侧泵全固体激光器;完成装调及选模实验,了解并掌握LD侧泵全固体激光器的装调方法及相关特性。

LD侧面泵浦全固体激光器声光调Q实验的研究

DPSSL是LD泵浦的固体激光器的英文缩写,因为它的泵浦光是经过固体半导体激光器发出来的,所以称其为全固态激光器。DPSSL具有LD和固体激光器的优点,效率高,频率的稳定性好还有使用的寿命较长都是它的优点,这是以往传统激光器所没有的。文章完成了声光调Q实验,掌握声光调Q的原理和调试方法 ,并掌握相关参数的测量和计算方法。

LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场的分布情况研究

文章通过创新泵浦光路径求解计算方法,分析LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场的分布情况,判断其均匀性,该分析致力于为LD面阵侧面泵浦Nd:YAG激光器的研究提供坚实的理论基础。

二极管侧面泵浦10 kHz皮秒激光再生放大器

采用LD侧面泵浦腔,对SESAM锁模皮秒脉冲进行再生放大,在10 kHz重复频率下,获得了5.5 W(单脉冲能量0.55 mJ)的皮秒激光输出,光束质量M2<2.9。之后又采用KTP晶体进行倍频,获得了2.25 W皮秒绿光输出。

LD泵浦声光调QNd:YAG激光器

介绍了一种LD侧面泵浦声光调QNd:YAG激光器,详细论述了总体方案设计以及实验测试结果。激光器可以在1～30kHz的重复频率下工作,最大输出功率12W,且具有很高的稳定性和可靠性。

LD侧泵Nd:YAG/S-KTP腔内倍频高功率660nm连续红光激光器

报道了LD侧面泵浦Nd∶YAG/S-KTP腔内倍频高功率660 nm连续红光激光器。泵浦组件(呈三角形等间距分布)由9个20 W的激光二极管组成,最大泵浦功率为180 W。通过对谐振腔参数进行优化设计,用LD连续抽运3 mm×65 mm Nd∶YAG激光棒时,获得了波长为1 319 nm的基频光振荡。利用S-KTP II类临界相位匹配腔内倍频技术,当泵浦电流为22 A时,获得了6.8 W的连续红光激光输出,光-光转换效率为4.3%。

大信号无水冷LD侧泵Nd∶YAG激光放大器

为了获得高激光脉冲能量,设计了高能脉冲激光放大系统。对该放大系统的输出能量、脉冲宽度、能量稳定度、输出脉冲宽度等进行了研究。首先,进行四能级激光速率方程的分析递推出泵浦能量和储存能量、增益系数等的关系。接着,进行了激光放大器的系统设计,然后进行实验验证,最后,实验还进行了输出激光的性能测试。实验结果表明:在Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ8mm×100mm、Nd^3+的掺杂浓度为1.1%、泵浦功率最大24kW、重复频率为10Hz、泵浦电流为80A、泵浦脉宽为200μs的条件下,得到脉冲宽度10ns、最大脉冲能量1050mJ的脉冲激光,输出能量不稳定度<3%,通过刀口法测得水平和垂直方向光束质量M^2分别是3.9和4.8。满足了高能量、无水冷、稳定可靠等要求。

LD侧泵全固态Nd：YAG/KTP高功率连续绿光激光器

报道了LD侧泵全固态Nd∶YAG/KTP高功率连续绿光激光器。泵浦组件为中科院半导体所生产的808 nm半导体激光器（LD）组件,由9个20 W的激光二极管组成（呈三角形等间距分布）,最大泵浦功率为180 W。在平凹直腔的腔型结构下,当LD连续抽运Ф3 mm×65 mm Nd∶YAG激光棒时,分别选用不同长度的KTP倍频晶体,实现了II类临界相位匹配腔内倍频,最终在泵浦电流22.5 A时,获得了最大功率为21.3 W的连续、稳定532 nm激光输出,输出不稳定度优于2%,光-光（1064-532 nm）转换效率为42.6%。

LD侧泵的声光调Q Nd:YAG/KTP人眼安全激光器

为获得人眼安全的激光,在一个由激光二极管(LD)阵列侧泵、声光调Q的Nd∶YAG激光器谐振腔中放置一非临界相位匹配的KTP晶体,形成了一个内腔式光学参量振荡器,实现了准连续的1.57μm激光振荡.通过对单谐振光学参量振荡器阈值公式进行讨论,采用了平凹腔的结构和尽可能短的光学参量振荡器腔长,有效地降低了光学参量振荡器的泵浦阈值.测量了不同声光重复率和不同透射率输出镜下光学参量振荡器输出的各项特性参量.分析了声光重复率和输出镜的透过率对光学参量振荡器的泵浦阈值和输出脉冲波形的影响,并对实验中出现的饱和现象作了解释.当泵浦电流14.5A,声光重复率10kHz,光学参量振荡器输出镜透过率15%时,在保持单脉冲输出的情况下,获得了1.57μm激光的最高平均功率输出值1.748W.

热键合、凹端面及晶体棒直径对Er∶YSGG中红外激光性能的影响

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,然后进行了高温热键合,透过谱表明键合界面基本无损耗,达到了一体化。热焦距结果表明,热键合、凹端面能够有效改善和补偿高功率泵浦条件下晶体的热透镜效应,有利于提高晶体的激光性能。对比未键合、热键合及凹面热键合Er∶YSGG晶体在968 nm LD侧面泵浦条件下的激光性能发现,低频150 Hz以下,键合与凹面并未表现出优势,三种棒的最大输出功率和斜效率分别均在24 W和28%附近;但随重频增加,热效应逐渐加重,键合晶体良好散热能力和凹面热补偿效应使激光性能得到提高。在重频300 Hz下,未键合、热键合及凹面热键合三种棒的最大输出功率分别为15.54,17.85和18.33 W、斜效率分别为16.6%,18.3%和18.4%;重频600 Hz条件下,三种棒的最大输出功率分别为9.4,13.32和13.18 W、斜效率分别为6.7%,8.6%和9%。此外,对比研究了不同直径Er∶YSGG晶体的激光性能,在低于100 Hz的低频下,三种晶体的激光性能接近。但相比于3和4 mm键合凹面棒,直径2 mm棒有大的比表面积,拥有更好的热管理能力,使其在高重频条件下具有更好的激光性能。如在150 Hz条件下,2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒获得了功率23.82 W、斜效率27.7%的中红外激光输出,大大高于直径3和4 mm棒的18 W和23%。在600 Hz,直径2 mm键合凹面棒中实现了功率13.18 W,斜效率9%的激光输出,相比于直径3和4 mm键合凹面棒的9 W,7%具有较大的改善。测量得到2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒在150 Hz,200μs条件下的光束质量因子M_(x)^(2)/M_(y)^(2)=6.28/6.30,表明该激光具有良好的光束质量。综上,选择合适晶体棒直径,并将键合与凹面相结合是实现高性能2.79μm激光的有效方法。

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。

采用曲率传感器测量热透镜焦距

分析了用光栅型波前曲率传感器测量热透镜焦距的基本原理，针对高功率固体激光器的工作特点，结合实验现象推导了在热透镜效应较强时热透镜焦距变化的计算公式。对半导体二极管（LD）侧面泵浦的百W级Nd：YAG激光棒在泵浦电流为15～25A时的热透镜焦距值进行了测量．讨论了可能存在的误差。实验现象和理论分析一致，测量的热透镜焦距值与理论值符合得较好。