低温重复率Yb:YAG固体激光放大器

Yb:YAG晶体比Nd:YAG晶体更适用于产生和放大具有Hz量级重复频率的高脉冲能量激光。报道了LD泵浦低温工作的Yb:YAG脉冲固体激光放大系统。整个系统由再生种子源、预放大器和主放大器3部分组成。晶体用铟和金箔作为导热层压到金属热沉上,散热方式采用传导冷却,低温环境由液氮冷却热沉来保证。实验结果表明:当晶体温度控制在150 K时,装置得到了3 J@10 ns,10 Hz的1 030 nm脉冲激光能量输出。研究了低温真空环境下介质膜的损伤等因素对泵浦参数的要求,最后分析了进一步提升脉冲能量所需要解决的问题。

水平定向结晶法生长浓度渐变Yb∶YAG激光晶体及光谱性能研究

本文采用水平定向结晶(HDC)法成功生长出180 mm×81 mm×16 mm的浓度渐变Yb∶YAG激光晶体,从放肩部位和尾部分别获取了尺寸为40 mm×40 mm×7 mm、70 mm×70 mm×7 mm的Yb∶YAG激光晶体板条各两件。采用632 nm激光、偏光应力仪对晶体板条的光学性质进行检测,实验结果发现靠近晶坯自由表面的板条内部通透,无散射光路,应力较小且分布均匀,表明该晶体板条具有优异的光学质量。进一步测试分析了晶体板条不同位置处的吸收光谱,根据935 nm波长处的吸收系数计算出Yb^(3+)的掺杂浓度,发现40 mm×40 mm×7 mm的激光晶体板条中Yb^(3+)掺杂浓度沿晶体生长方向逐步增加,浓度梯度约为0.42%/cm;而70 mm×70 mm×7 mm的激光晶体板条中Yb^(3+)掺杂浓度几乎保持不变,约为4.50%。

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。

激光二极管端泵Yb:YAG晶体的温度场及应力场

为了解决激光二极管端面泵浦Yb:YAG晶体引起的热效应问题,通过对晶体工作特点的分析,建立了周边冷却恒温、端面与空气存在热交换的有限元热模型。利用泊松方程,对Yb:YAG晶体的温度场、热应力场、热形变场和热透镜焦距进行了数值计算,并定量分析了激光二极管泵浦光的高斯阶次、光斑半径和泵浦功率对激光晶体温度场的影响。研究结果表明:若激光二极管泵浦功率为50 W,耦合到泵浦面的光斑半径为400μm时,晶体尺寸为3 mm×3 mm×4 mm、掺杂浓度为5.0 at.%的Yb:YAG晶体端面的最高温升为59.2 K,最大热形变量为0.64567μm,晶体内稳定时最大应力为2.380×108 N/m^(2),热透镜焦距为19.99 mm,该条件下激光器可正常运行。研究结果为全固态Yb:YAG激光器的设计提供了理论依据。

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。

Nd∶YAG单程激光放大器的设计方法

高平均功率Q开关固体激光器具有较多的应用需求 ,Nd∶YAG激光器只有采用振荡 放大结构才能获得Q开关高平均功率激光输出。对单程Nd∶YAG激光放大器进行了理论分析 。

激光二极管侧面泵浦的Nd∶YAG激光放大器

研制了一台激光二极管面阵三向侧面泵浦Φ3 mm×55 mm Nd∶YAG的激光放大器。使用Zemax光学设计软件建立了激光二极管面阵三向对称侧面泵浦棒状Nd∶YAG的模型,给出了放大器的储能和小信号增益的数学表达式,并进行了实验研究。结果表明:激光放大器有着均匀的荧光分布,当重复频率为100 Hz,泵浦功率为1.8 k W时,Nd∶YAG放大器的小信号增益为23。

无水冷LD侧面泵浦Nd∶YAG固体激光放大器

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算,模拟出输出激光特性,即随着放大器泵浦电流的增加,放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加,呈线性增长趋势,在泵浦电流为80A时,输出光能量逐渐饱和,最大输出能量为798mJ.实验中,放大器入射光源采用脉冲能量为350mJ、重复频率为10Hz、脉宽为10ns的脉冲激光,放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5mm×134mm,Nd^(3+)的掺杂浓度为1.1%,泵浦功率最大24kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10Hz,泵浦电流为80A,泵浦脉冲宽度为200μs时,获得了最大脉冲能量为700mJ、脉冲宽度为10ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.

间隔掺杂低温Yb:YAG叠片放大器的热效应优化

针对高重复频率运行下低温氦气冷却的间隔掺杂Yb:YAG叠片激光放大器中热效应的问题,提出了一种多层Cr^(4+):YAG热管理技术,并优化设计了放大器Cr^(4+):YAG间隔层和包边结构以减少热效应的影响。利用三维有限元和琼斯矩阵方法,分析了不同Cr^(4+):YAG结构激光介质中温度和应力应变分布,并模拟计算了热致双折射退偏损耗和波前畸变。数值结果表明,通过设计两层和三层Cr^(4+):YAG结构,降低与增益介质相邻Cr^(4+):YAG中的热沉积,增益区内的横向温差可降低到1.5 K以内,光束经过整个放大器后平均退偏损耗和波前畸变可分别减少到0.5%、0.8λ;进一步合理地设计Cr^(4+):YAG的层数和吸收系数能有效消除热效应对光束质量的影响。

大口径管状Nd∶YAG放大器

将二极管泵浦单纵模Nd∶YAG激光器作为主振荡器,三级灯泵Nd∶YAG放大器及SBS相位共轭镜组成双通放大MOPA系统,经两个放大单元的行波放大,再经过管状放大器放大,实献能量输出10.59J,脉宽为4.76ns,发散角为6mrad、重复频率10Hz激光输出。

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器技术

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器采用两个峰值功率6.5 kW激光泵浦模块作为泵浦源。每个激光泵浦模块由81个二极管激光器组成,Nd:YAG棒直径为6 mm,Nd掺杂质量分数1%。在两个封装方式和结构一致的激光泵浦模块之间采用光学像传递和插入90°石英旋转片进行退偏补偿。在重复频率400Hz,谐振腔输出单脉冲能量6 mJ时,双通输出400 mJ,激光器光光转换效率为12.3%,光束质量4.6,脉宽15ns。

皮秒染料激光放大器

近几年来,由于采用了对撞脉冲锁模(CPM)的方法,使激光脉冲的宽度达到飞秒量级,但由于产生的激光单脉冲能量只有100pJ左右,使它的应用受到很大的限制,因此我们必须用高功率的激光脉冲泵浦染料放大器使飞秒光脉冲的能量达100μJ左右,期望用放大的飞秒光脉冲作为有效的手段,在物理学、化学、生物学及光电子学等领域,以求获得突破性的进展。

10 kW级表层掺杂板条激光放大器研究

报道了一种在室温下运转的高功率Yb∶YAG表层掺杂板条激光放大器,该放大器基于主振荡功率放大结构(MOPA),以光纤激光器作为种子源,种子光经预放大器放大后,再进入表层掺杂板条中进行功率放大。建立了放大器增益模块的提取功率和提取效率的理论模型,并进行了实验研究。放大器在3.5 kW的1030 nm信号光注入和22.4 kW的940 nm激光二极管抽运条件下,输出激光功率10.6 kW,从单增益模块中提取功率7.1 kW,提取效率达到31.7%,实验结果和理论计算结果基本相符。同时对板条的透射波前进行了测量,PV=1.6μm。

2kHz重复频率分立路径Nd∶YAG Innoslab激光放大器

提出一种结构紧凑的分立路径Nd∶YAG Innoslab激光新型八程放大器系统。种子光源为采用Nd∶YVO4晶体作为增益介质的电光调Q激光振荡器,输出平均功率2.7W的种子光注入到Innoslab激光放大器中进行放大。当激光的输出重复频率为2kHz时,最高放大激光功率达到13W,脉冲宽度约为15.5ns,此时提取效率达到14.6%。实验测得光束质量因子在x和y方向上分别小于1.7和1.5。基于分立路径的激光放大器结构,在最大泵浦功率下依然没有观察到寄生振荡及自发辐射放大现象。

Yb∶YAG单碟片再生放大器实现107 mJ激光输出

基于Yb∶YAG单碟片模块设计并搭建了激光再生放大器,实现了重复频率为1 kHz、脉冲能量为107 mJ、脉冲宽度为1.2 ns的近衍射极限激光输出,x的光束质量因子(M^(2)_(x))和y方向的光束质量因子(M^(2)_(y))分别为1.07与1.05,光光转换效率为11%。激光中心波长为1031.7 nm,光谱宽度为2.04 nm,该光谱宽度支持将激光的脉宽压缩至735 fs。据我们所知,这是国内首次使用单碟片激光再生放大器实现重复频率为1 kHz、单脉冲能量为107 mJ的激光输出。

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．

Yb：YAG透明陶瓷的制备和激光输出

制备了高质量的Yb:YAG透明陶瓷.Yb:YAG透明陶瓷的晶粒尺寸为10μm左右且分布均匀,晶界处和晶粒中没有杂质、气孔的存在.Yb:YAG样品中所有元素分布均匀,不同的晶粒间,晶粒和晶界间成分是一致的,没有出现成分的偏析.4mm厚样品的透过率为S0%.LD泵浦获得了波长为1030nm,最大功率为268mW的连续激光输出.

激光晶体材料Yb:YAG的研究进展

本文概述了激光晶体掺镱钇铝石榴石（Ｙｂ：ＹＡＧ）的发展状况，简要介绍了掺杂Ｙｂ３＋离子激光材料的特点，总结了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的生长、缺陷、光谱性质以及激光性质的研究及发展，并指出了Ｙｂ：ＹＡＧ晶体发展中需要解决的问题．

二极管泵浦Yb:YAG Thin Disk激光器光束质量及V型腔腔内倍频的研究

Thin Disk激光器由于其独特的设计可以同时获得高转换效率和光束质量。对Yb:YAG Thin Disk激光器中泵浦光斑与腔模的耦合对光束质量的影响作了分析,并在普通直腔和V型腔的实验中分别获得M^2=1.15,13.69W和M^2=1.12,13.85W的1030nm激光输出,还在V型腔中进行了腔内倍频的实验研究。

激光二极管端面泵浦Yb∶YAG薄片激光器的热效应

通过激光二极管端面泵浦Yb∶YAG薄片工作特点分析,建立了符合实际情况的热模型.热模型考虑了介质薄片具有端面绝热、周边恒温冷却、后端面镀膜达到充分利用泵浦光能量等特点.分析并建构了Poisson方程新的求解方法,得出了Yb∶YAG薄片内部温度场以及泵浦端面热形变场的一般解析表达式.理论研究结果表明:若激光二极管泵浦功率为20W、耦合到薄片泵浦面的泵浦光高斯半径为250μm时,长度3mm、半径1.5mm的5.0at.%Yd:YAG薄片泵浦端面的最高温升为44.5℃,最大热形变量为0.83μm.