LD端面泵浦Tm:SrF_(2)电光调Q激光器

高掺杂浓度的Tm^(3+)增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率,但同时也会增加能量上转换带来的损耗,从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF_(2)晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管(LD)端面泵浦下,实现最大功率2.99 W的自由运转输出,激光器的泵浦阈值为0.89 W,中心波长1851 nm,斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF_(2)激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下,获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量,泵浦阈值为2.01 W,最短脉冲宽度为45 ns,对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明,基于LD泵浦的Tm:SrF_(2)激光器具有非常高的效率,有望成为中红外光学参量振荡器(OPO)和光学参量放大器(OPA)的理想泵浦源。

同带泵浦的Tm:CYA调Q锁模激光器

以半导体可饱和吸收镜SESAM作为锁模启动元件,利用同带泵浦技术首次在Tm:CaYALO_(4)(Tm:CYA)激光器实现了被动调Q锁模运转。光路采用X型四镜腔结构,泵浦源采用Er:Y_(3)Al_(5)O_(12)(Er:YAG)固体激光器,其中心波长为1650 nm。分别采用0.5%、1.5%、3%和5%透过率的输出耦合镜,对激光器连续光输出和锁模输出特性进行研究。结果表明:当采用5%透过率的输出耦合镜时,激光器的输出特性最好;当激光器在连续光运转情况下,得到了894 mW的最高功率和16%的最大斜效率输出;将连续光功率优化至最高,在光路中加入SESAM锁模元件后,当吸收泵浦功率大于1.86 W时,激光运转进入不稳定的调Q状态;当吸收泵浦功率提高到5.7 W时,实现了稳定的被动调Q锁模运转;吸收泵浦功率达到6.99 W时,采用5%透过率的输出耦合镜,获得了最高输出功率为399 mW的锁模脉冲激光;此时调Q包络下重复频率为98.11 MHz,脉冲宽度为619.4 ps,对应的最大单脉冲能量为4.07 nJ,调Q包络中锁模脉冲调制深度接近100%。实验结果证明,同带泵浦技术可以用于激光器以产生调Q锁模脉冲,为超短脉冲激光的产生提供了一种新的泵浦方式。

高能量脉冲Tm:YAG激光器研究

报道了适合于医疗应用的高能量脉冲激光二极管(LD)泵浦Tm:YAG激光器,通过理论模拟和试验研究了脉冲Tm:YAG激光器振荡运转和输出特性,结果显示:Tm:YAG激光器在脉冲泵浦状态下产生剧烈的驰豫振荡,可输出高峰值功率子脉冲,用适当重复频率泵浦时,多脉冲泵浦反转粒子的叠加效应可显著提高单脉冲输出能量,低频脉冲运转时,激光器阈值高,不利于激光器输出。实验中在重复频率120 Hz、脉宽600μs情况下,输出最大激光能量476 mJ,光光效率26.4%;在泵浦平均功率300 W时,得到68.2 W的平均功率输出,光光效率22.7%。此高能量脉冲2μm激光输出实验,为激光医疗应用提供参考。

基于双F-P标准具的宽调谐窄线宽Tm:YAP脉冲激光器

设计了一种宽调谐、窄线宽、高重频的Tm:YAP脉冲激光器。采用三个切轴方向的Tm:YAP晶体作为增益介质,通过0.5 mmYAG材质F-P标准具和0.025 mm熔石英材质F-P标准具,激光器分别实现了49 nm、44 nm、51 nm波长连续调谐,具体分别为1 951~2 000 nm、1 932~1 976 nm、1 943~1 994 nm。同时测得激光线宽均在0.4 nm左右。声光调Q 10 kHz脉冲重复频率下,分别实现了最大平均功率5.08 W、6.29 W、4.83 W的脉冲激光输出。对比发现,b轴Tm:YAP激光器的平均功率最大,测得最大平均功率下的脉宽为65.7 ns,光束质量因子M2在x方向上为1.84,y方向上为1.93。结果表明b轴Tm:YAP晶体具有宽调谐、窄线宽、高功率、大能量激光的潜力。

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。

端面泵浦Tm:YAP自调Q激光器输出特性研究

搭建Tm:YAP自调Q脉冲激光器,实验中选用掺杂浓度为5 %,尺寸是3 mm × 3 mm × 15 mm的Tm:YAP晶体作为增益介质,晶体沿c轴切割。在泵浦光斑半径为200 μm,腔长为20 mm情况下,选用的曲率半径为100 mm、300 mm和500 mm的输出镜进行实验。当泵浦功率为13.3 W,输出镜曲率半径为100 mm时,输出脉宽为0.49 μs,最大单脉冲能量为158 μJ,中心波长为2044 nm。

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。

非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器的多孤子输出理论研究

本文研究探讨了在非线性偏振旋转锁模掺铥光纤激光器中,孤子分子和类噪声脉冲的演化特性。理论研究表明,当激光器在负色散条件下工作且腔内参数得到恰当配置时,能够稳定产生锁模孤子脉冲。通过细调腔内的偏振状态并适度增加泵浦功率,可以实现孤子分子的输出。继续调整腔内条件,还能够获得类噪声脉冲。泵浦功率和偏振控制器的调整,通过改变腔内增益,成为产生多种多孤子模式的关键因素。这一发现为深入理解负色散区域内2μm波段锁模掺铥光纤激光器产生多孤子动态特性提供了有价值的参考。

单LD双端同向π偏振泵浦Tm:YLF激光器

2μm激光作为高相干辐射光源,在激光医疗、激光雷达、光电对抗、材料加工等领域有非常重要的应用价值。通过建立考虑能量传递上转换效应的Tm:YLF激光器速率方程,从而分析了能量传递上转换(Energy Transfer Upconversion,ETU)效应对Tm:YLF激光器输出特性的影响;仿真分析双端偏振泵浦Tm:YLF晶体泵浦光分布情况。基于上述仿真分析结果,为获得更高的激光输出功率,采用单LD双端同向π偏振泵浦Tm:YLF激光器方法,提高增益介质的增益效果;当注入功率为47.43 W时,实现了稳定的最大激光输出功率为15.23 W,中心波长为1 907.46 nm,输出线宽为1.62 nm,对应光-光转换效率为32.11%,斜率效率为37.24%。

LD阵列双端泵浦Tm:YLF激光器

对LD阵列双端泵浦Tm:YLF激光器开展研究。由于Tm:YLF晶体具有严重的热效应问题,为了实现在高功率泵浦下激光器稳定的输出,首先利用COMSOL对板条晶体进行热分布模拟分析,为实验提供必要的前提。实验中为了获得更高的激光输出功率,分别对不同透过率、不同输出镜曲率下的激光输出特性进行对比研究,最终在输出镜曲率半径为200 mm,透过率为40%,双端泵浦最大输入功率和为317.1 W时,获得了稳定连续激光输出。激光功率为52.5 W,斜效率为21.5%,本文结果为Tm:YLF激光器在高功率泵浦条件下获得高功率输出提供参考。

调Q锁模运转的全固态Tm:LuAG陶瓷激光器

采用垂直生长法制备的氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)作为可饱和吸收体,利用典型"X"型折叠腔在全固态Tm:Lu3Al5O12(Tm:LuAG)陶瓷激光器中实现了调Q锁模运转。以790 nm激光二极管(Laser diode,LD)作为泵浦源,当泵浦功率大于8 W时,激光器进入稳定的调Q锁模状态。当输出镜透过率为5%时,连续光最高输出功率为714 mW,斜效率为4.94%。当泵浦达到16 W时,激光器最大输出功率为200 mW,光谱中心波长为2024 nm,脉冲宽度约为695 ps,对应的锁模脉冲重复频率为108.7 MHz,调Q包络中锁模脉冲的调制深度接近100%。该2μm超短脉冲激光器在生物医学和激光通讯等领域具有非常重要的应用。

基于氧化石墨烯的瓦级调Q锁模Tm:LuAG激光器

在Tm:LuAG全固态激光器中实现了以氧化石墨烯可饱和吸收体为锁模启动元件的瓦级被动调Q锁模运转.本实验装置以可调谐掺钛蓝宝石激光器作为泵浦源,测得Tm:LuAG固态激光器出光阈值最低为325mW,当吸收抽运功率达到3420 mW时,进入稳定的调Q锁模运行状态.当抽运功率达到8.1 W时,对应的最大输出功率为1740 mW,中心波长为2023 nm,重复频率为104.2 MHz,最大单脉冲能量为16.7 nJ,调制深度接近100%.

全固态Tm:LuAG双波长瓦级调Q锁模激光器

以垂直生长法自制的双壁碳纳米管(Double wall carbon nanotube, DWCNT)作为可饱和吸收体,在全固态Tm:Lu3Al5O12 (Tm:LuAG)激光器中实现了高功率双波长的调Q锁模运转,输出波长分别为2016 nm和2032 nm。以激光二极管(Laser diode, LD)为抽运源,选用5%的输出镜,当泵浦功率大于6.52 W,激光运转进入稳定调Q锁模状态。增加泵浦功率到20 W时,对应调Q锁模运转下的输出功率为1092 mW,斜效率为6.11%,重复频率为106.4 MHz,调制深度接近100%。

双波长连续锁模Tm:LuAG固体激光器

本实验以InGaAs半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模启动元件在Tm:Lu3Al5O12 (Tm:LuAG)激光器中实现了双波长连续锁模运转。采用1.5%,3%和5%的输出镜,当腔内未插入SESAM时,最大连续输出功率分别为680 mW、1.09 W和1.4 W。当腔内插入SESAM后,仅在1.5%输出镜下实现了稳定双波长连续锁模运转,对应的输出波长为2020.3 nm和2023.2 nm,脉冲宽度为63.2 ps,重复频率为97.9 MHz,最大平均输出功率135 mW。结果表明:Tm:LuAG晶体是2 μm波段优良的双波长晶体。

基于WS_2可饱和吸收体的调Q锁模Tm,Ho:LLF激光器

采用聚乙烯醇塑料膜为基质的WS_2作为可饱和吸收体,在Tm,Ho:LiLuF_4全固态激光器中实现了被动调Q锁模运转.以掺钛蓝宝石激光器作为抽运源,当最大吸收抽运功率为2.6 W时,激光输出功率为156 mW,典型的调Q脉冲包络重复频率为25 kHz,脉宽约为300μs.当吸收功率大于1.39 W时,进入稳定调Q锁模运转,对应锁模脉冲序列的重复频率为131.6 MHz,调整深度接近100%.结果表明:WS_2可以作为2μm波段全固态激光器锁模的吸收体材料.

Tm:YAG激光器晶体热效应数值模拟

对采用晶体棒端部辅热方法实现低温工作的Tm:YAG激光器,建立了晶体棒热效应理论模型,采用有限差分法对晶体棒温度场、应力场及光学畸变进行模拟计算.模拟结果表明:辅热设计可显著减小晶体最大应力,减小应力损坏;端部辅热使得温度和应力分布复杂,引起折射率分布多变,但变化值小,说明端部辅热对光线在晶体内的传播影响微小;辅热区域结构紧凑,且对激光器封装产生的影响较小.

Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的理论模拟

为了使CTH∶YAG激光器的设计得到更好的优化,从晶体光谱吸收特性、离子间能量转移过程及准三能级运转方式对CTH∶YAG激光器的工作特性进行了理论分析;依据速率方程理论建立了CTH∶YAG激光器运转的理论模型.模拟能量输出与试验结果较好的吻合,验证了此理论模型描述CTH∶YAG激光器运转规律的合理性.模拟结果表明:CTH∶YAG激光器的激光脉冲输出与泵浦有较长的时间延迟且伴随较强的驰豫振荡,冷却温度对激光输出产生较大的影响.

基于TMS320F2812的半导体激光器温度控制

介绍了一种基于数字信号处理器的半导体激光器PWM温度控制系统,给出了一种采用比较放大的热电制冷器驱动电路,能避免MOSFET桥的直通短路。在数字控制系统中,采用32位TMS320F2812芯片作为控制核心,通过其GPIOA0口从数字式温度传感器DS18B20中读取半导体激光器的工作温度,使用事件管理器输出的PWM信号来控制热电制冷器工作。针对半导体激光器对温度稳定性的要求,利用DSP强大的运算能力,采用参数自整定的模糊PID算法实现系统的温度控制。在实验室环境下,采用载波频率为50kHz的PWM控制,系统在2min内成功将半导体激光器的工作温度稳定在25.0±0.1℃,且超调量不大于0.5℃。实验结果证明:采用DSP技术,能更好地实现算法的控制效果,提高系统控制的精确度和稳定度;采用比较放大的TEC驱动电路,能有效解决传统驱动电路的"死区"问题。

109.5W输出1.94μm波长Tm:YAP固体激光器

报道了一种高功率Tm:YAP激光器实验装置,采用b轴切割的YAP/Tm:YAP/YAP复合晶体作为激光增益介质,使用中心波长为795 nm的LD模块进行双端泵浦,当增益介质冷却温度为20℃,LD总泵浦功率为301.4 W时,获得了最高109.5 W的1.94μm波长线偏振激光输出,光-光转换效率约为36.3%,斜率效率约为45.8%,在此输出功率条件下测得光束质量M^2因子为3.8。

多路高功率Cr,Tm,Ho:YAG激光器技术

文中介绍了四路Cr,Tm,Ho∶YAG激光器在设定时序下轮流工作,顺序耦合进一根320μm的低OH-石英光纤输出,可以成倍地提高Cr,Tm,Ho∶YAG激光治疗机的输出功率,从而能够适应不同的治疗目的和需要。在三路情况下,当单脉冲最大注入能量为100 J,重频30Hz时,激光器直接输出功率50.17W,光纤末端输出功率35.65W,耦合效率为71%。