固体激光器涡旋光束产生实验系统设计与实现

高质量的涡旋光束在量子信息、激光雷达、激光通信等领域有着广泛的应用前景。为了用固体激光器直接产生涡旋光束,该文基于谐振腔模式与激光介质作用的速率方程,阐述了在二极管端面泵浦固体激光器中通过环形光泵浦产生拉盖尔-高斯涡旋光的原理。设计了环形光泵浦固体激光器产生涡旋光的实验方案并搭建了实验系统。实验产生了角向阶次为1阶、2阶的涡旋光束,相位涡旋手性可通过微调谐振腔输出镜调节。该实验能够使学生利用固体激光器直接产生涡旋光束并观察涡旋光束的相位特性,有助于学生加深对激光谐振腔模式理论及涡旋光束相位特性的理解,为相关专业学生的课程教学提供有力支撑。

热效应作用下高功率薄片涡旋激光器的模场结构

激光介质热效应引起的谐振腔模场结构变化成为高功率涡旋激光器的一个关键问题.本文建立了环形光泵浦薄片激光晶体的温度场及热形变计算模型,将热效应像差作为谐振腔衍射积分方程的微扰,研究热效应对激光器模场结构的影响规律.具体研究了Nd:YAG,Nd:YLF和Nd:YVO_(4)薄片涡旋激光器的模场结构随泵浦功率、晶体吸收系数、晶体厚度的变化规律.研究结果表明,热效应使涡旋激光器模谱产生径向展宽,模式纯净度下降.泵浦功率越大,高阶径向模式占比越大,模场结构越复杂.泵浦功率升高时,Nd:YVO_(4)激光器的模谱展宽最大,Nd:YAG激光器的模谱展宽最小.晶体吸收系数越大,模谱展宽越严重;激光晶体厚度减小时,模谱展宽呈增宽趋势.

1116 nm单频脉冲Nd∶YAG激光器

针对共振荧光测风雷达的探测需求,设计和研制了种子注入的Nd∶YAG电光调Q单频1116 nm脉冲激光器,采用带偏置电压反馈的扫描-触发谐振探测技术,建立了1116 nm单纵模振荡,并对中心频率稳定性进行分析。最终实现输出1116 nm激光单脉冲能量6.48 mJ,重复频率60 Hz,输出线宽为33.2 MHZ,脉冲宽度为75.7 ns。通过波长计测量输出光波长,波长稳定在1116.2979 nm附近。利用外差拍频,测定120 min中心频率稳定性(均方根)为818.3 kHz。该激光器输出光通过三倍频可变换至372 nm,作为铁共振荧光多普勒测风激光雷达的发射光源,频率抖动量对应的风速测量误差小于1 m/s。

2.79μm高速转镜调Q Er,Cr:YSGG纳秒窄脉冲激光器

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为核心的高速转镜调Q控制系统,通过精确单片机解析串口屏指令控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过对转镜脉冲信号整合降频控制氙灯放电时刻,实现对延迟时间的精准控制,实现了灯泵Er,Cr:YSGG激光纳秒窄脉冲调Q输出。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。

LD脉冲泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体百kHz激光器

目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数,同时适当缩短脉宽,优化泵浦占空比,提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量M^(2)=1.61的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致,保证了输出重频的稳定性,有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。

准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器的偏振操控

通过构建谐振腔模型,分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下,在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器中可以有效操控1.6μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态,其线偏振方向为可切换的正交特殊情况,均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比,验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl_(3)(BO_(3))_(4)激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。

液态纳秒脉冲染料激光器的实验研究

简要介绍了染料激光器的特点,着重讨论了液态纳秒脉冲染料激光器的性能特点以及泵浦技术要求,依托近年来二极管泵浦固体激光器的发展,实现了3种工况的染料激光泵浦性能测试,并将测试结果应用在了Sm-152同位素三步跃迁光电离路径扫描的实验中,为原子能级结构参数的研究提供了技术支撑。

功率比可调连续波Tm,Ho:(LLF/YLF)双波长激光器

采用激光二极管端面泵浦Tm-Ho共掺的LLF和YLF双增益介质,实现2055 nm和2053 nm连续波双波长激光输出。在吸收泵浦功率为1.78 W时,该激光器获得最大的双波长总输出功率565 mW,斜率效率为38.0%。并且通过改变泵浦光斑束腰在增益介质中的轴向位置,两个波长的输出功率比可以在大范围内连续调谐。并且还实现了2055 nm和2053 nm单波长的激光输出。

可见光稀土离子掺杂固体激光器(特邀)

可见光波段激光在科研、工业、医疗以及通信领域应用广泛,可通过半导体激光器、稀土离子掺杂激光器和非线性频率变换技术产生,其中可见光稀土离子掺杂激光器近年来受到广泛关注。首先介绍了可见光波段激光的几种典型应用,然后分析了目前可以产生可见光激光的稀土离子(镨、钕、钐、铕、铽、镝、钬、铒、铥)的发射吸收光谱和激光特性,最后综述了其中较有潜力的镨离子和铽离子在可见光固体激光器方面的最新研究进展。

被动调Q固体激光器非线性动力学研究

被动调Q固体激光器具有结构紧凑、效率高和光束质量优异等特点,因此在基础科学研究、军事、工业加工、医疗卫生等众多领域具有广阔的应用前景.目前,相关研究主要集中在处于单周期动力学态下激光器的特性,而对于处于其他非线性动力学态下激光器特性的研究十分缺乏,尤其是进入混沌的分岔路径还未见报道.该研究基于四能级系统速率方程,数值研究了被动调Q Nd:YAG固体激光器的非线性动力学特性,并分析了一些关键系统参量的影响.结果表明:在不同的参数下,被动调Q固体激光器可呈现单周期、倍周期、多周期以及脉冲混沌等多种动力学态;连续变化参量数值,动力学态呈现多种演化路径;数值模拟结果再现了工作在脉冲混沌态的被动调Q固体激光器中出现的极端事件.

Tm:YAP谐振泵浦Ho:YLF被动调Q激光器

本文报道了谐振泵浦连续波和被动调Q脉冲Ho:YLF激光器。首先,实现了输出波长为1940 nm的Tm:YAP连续波激光器,将其作为泵浦源对Ho:YLF激光器进行谐振泵浦。其次,以Ho:YLF晶体作为激光增益介质,实现了输出波长为2065.26 nm的Ho:YLF连续波激光器,在吸收泵浦功率为6.02 W时,获得最大输出功率为3.68 W,相应的斜率效率和光光转换效率分别为75.83%和61.10%,最后以Cr2+:ZnS晶体作为可饱和吸收体,实现了输出波长为2053 nm的Ho:YLF被动调Q脉冲激光器,在吸收泵浦功率为5.26 W时,获得最大平均输出功率1.76 W,相应的斜率效率和光光转换效率分别为43.50%和33.52%。此时脉冲宽度为46.55 ns,脉冲重频为2.56 kHz,单脉冲能量为686.7 μJ,峰值功率为14.75 kW。

基于超高斯特征的固体激光器输出特性研究

【目的】以超高斯数学模型为基础,选用不同的超高斯分布阶数,对Nd:GdVO4的1342 nm固体激光器输出特性情况进行试验测量及数据分析,验证符合泵浦光实际抽运分布的数学模型。【方法】以半导体激光器为泵浦源,采用平凹腔腔型结构,在25℃的LD温度和20℃的冷却水温度条件下进行测试。【结果】试验结果表明,当入射功率持续增加时,输出功率与入射功率呈线性关系。泵浦功率大于10 W后,超高斯分布的输出特性与高斯分布有明显区别,且随着超高斯阶数m的增加,输出功率也随之增加。试验测试数据与m为2时的超高斯分布计算结果基本一致,优于m为1时的高斯分布计算结果。【结论】试验结果与m为2时的抽运光超高斯分布模型最符合,从而验证了泵浦光超高斯分布模型比高斯分布模型更加符合实际强度分布。

单掺铥固体激光器热效应研究进展与理论分析

随着中红外2μm波段固体激光器在工业、医学、军事和科学研究等领域中的不断扩展,其研究的重要性越来越明显。单掺铥固体激光器的输出波长恰好处于2μm附近,因此成为人们研究的热点方向,但单掺铥晶体由于发射截面小,上转换、重吸收效应严重等原因导致其热效应明显,严重影响了激光器的输出性能,使激光器的发展受到严重限制。因此研究激光晶体中的热效应对激光器性能的提升具有重要意义。本文综述了自研究热效应以来国内外基于各种基质的单掺铥固体激光器的热效应的研究成果,同时对固体激光器热透镜效应的热传导理论以及对热透镜效应的发生环境和形成条件有影响的因素进行阐述和分析。最后针对分析过程中所涉及的热功率密度,光强等参数进行讨论,为热透镜效应的热焦距计算和测量奠定了良好的理论基础。

固体激光器铟丝密封气密性能实验研究

该文对固体激光器铟丝密封结构的气密性能进行实验研究。重点通过铟丝密封试验工装对铟丝密封结构的开槽尺寸、高低温性能、重复使用效果进行试验测试,得出铟丝作为密封材料的相关变化规律,为铟丝密封气密性能研究应用提供了参考。

免调试固体激光器的研究

描述了一种新型的免调试激光装置。它采用定向棱镜作为谐振腔的全反镜，在固体激光器中安装后不经调试就能实现激光运行，它具有抗失调能力强、远场光场能量集中、发散角小的特点，角度失调允量±２０°，棒轴平移量为Ｄ／４，发散角小于３ｍｒａｄ。在１００Ｈｚ高重复频率运行时，单脉冲Ｃｒ４＋∶ＹＡＧ晶体被动调Ｑ输出能量达到３００ｍＪ，且光场分布均匀。

晶体热效应对LD端面泵浦固体激光器优化设计的影响

考虑了激光介质因受热不均匀而引起的热效应对激光器衍射损耗和谐振腔基模尺寸的影响 ,利用 M2 因子来描述泵浦光在激光介质中的传播规律 ,根据泵浦光在激光介质中的有效泵浦体积最小以提高泵浦效率这一判据 ,给出了含有泵浦光束质量因子 M2p 和激光介质参量在内的端面泵浦固体激光器的优化设计曲线 ,利用这些曲线可方便地指导完成激光器的最佳化参量选择 .利用上述理论 ,对 LD端面泵浦光纤耦合输出的 Nd∶ YVO4 激光器进行了研究 。

高重频固体激光器在光电对抗中的应用研究

针对激光半主动制导武器导引头脉冲录取波门的技术特点,提出了应用LD泵浦的高重频固体激光器对激光制导武器进行高重频激光干扰的欺骗式干扰方案。分析了方案的技术原理,并对其主要技术指标进行了初步论证。

热管在LD端面泵浦固体激光器散热系统中的应用

基于热管的传热原理,计算了热管的等效导热系数.采用电加热器作为模拟热负载,在实验和数值计算上比较了热管散热器和水冷方式的散热效果;在激光二极管端面泵浦固体激光器中,模拟并比较了热管散热和水流散热方式对晶体温度分布以及热透镜焦距的影响.结果表明,使用热管散热器在该系统中具有一定的散热效果,而且它可以克服水冷方式带来的水流温度波动、设备复杂庞大等缺点,为激光二极管端面泵浦固体激光器中晶体散热提供了一种解决途径.最后,提出了一种热管式热沉设计方案,利用热管的高导热性,将其做成热沉取代铜直接用于夹持晶体和散热.

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。

LD泵浦8.7kW固体热容激光器实验研究

设计了高功率固体热容激光器实验装置。采用二极管阵列泵浦Nd:GGG晶体腔内串联的方式,对激光器的输出特性进行了实验研究,得到输出平均功率8.7 kW,光光效率20%。获得了增益介质内的荧光分布,利用干涉测量法测量干涉条纹表征增益介质受热后折射率变化造成的畸变。