缓冲气体及温度对DPAL输出性能的影响

为进一步提高半导体激光泵浦碱金属蒸汽激光器输出功率,基于三能级速率方程的理论模型,对DPAL的运行进行了模拟,考虑泵浦光带宽,在纵向泵浦的情况下,对缓冲气体气压、增益池长度、温度等参量对激光器输出光强及光光效率的影响进行了计算机模拟,结果表明,一定泵浦光下光光效率随着乙烷气压和温度增加而增大,对一定氦气气压有最大值,模拟结果为实验研究提供了有益的参考。

端面抽运DPAL三维模型及激光输出特性的模拟研究

根据激光三能级速率方程理论,考虑抽运光聚焦的空间分布,建立三维DPAL速率方程组的理论模型,结合激光系统运行的边界条件,通过数值方法,对模型进行求解,对端面抽运铷蒸气激光器的输出特性进行了详细分析,包括抽运光聚焦光斑半径、聚焦位置、蒸气池长度等参量对模式匹配效率、阈值抽运功率和斜率效率的影响。在模式匹配最佳时,计算了对介质长度对激光输出和阈值的影响。根据抽运光功率,以获得最大激光输出功率为目标,给出了激光器系统的优化参数,包括介质长度、抽运光聚焦在介质中的聚焦位置、输出耦合反射率。

半导体泵浦铷蒸气激光器国内首次出光

采用体光栅对商用线阵半导体激光器进行线宽压缩,得到线宽0.1nm、中心波长780.2nm、最高连续输出功率80W的泵浦激光输出。为了降低热效应,通过外加斩波器将泵浦光转化为脉冲模式,脉宽440μs,占空比为1∶5。采用长度为5mm的铷金属饱和蒸气作为增益介质,并在常温下充入33kPa乙烷和47kPa氦气,进行了出光实验。在泵浦峰值功率35.4W,铷吸收池温度120℃时,得到峰值功率600mW的795nm铷激光输出,斜率效率为1.7%。

光谱特性对半导体泵浦碱蒸气激光器性能的影响

以速率方程模型为基础研究了光谱特性对半导体泵浦碱蒸气激光器性能的影响。结果表明:碱蒸气激光器的运行存在最优温度,温度和长度对碱蒸气激光器性能的影响是等价的,可以定义一个与温度和长度无关的效率描述其它参量一定时激光器的最优效率;泵浦谱宽对阈值泵浦强度的影响是线性的,由于碱金属原子在谱线远翼具有较大吸收截面,即使泵浦谱宽几倍或十几倍于原子吸收谱宽时也可能获得较高的效率;原子吸收谱宽对阈值泵浦强度的影响是非线性的,随着原子吸收谱宽的增加激光器光-光效率出现饱和下降;泵浦谱宽和原子吸收谱宽越宽,半导体激光器由于温度或电流导致的中心波长漂移的影响越小,实际中采用外腔压窄的半导体激光器阵列(谱宽小于200 GHz)可以控制其温度或电流漂移,使得碱蒸气激光器的性能基本不受影响。

半导体泵浦铯蒸气实现激光输出

采用线宽0.26nm的Littrow外腔巴条半导体激光器泵浦增益长度8mm缓冲气体为80kPa甲烷的铯(Cs)蒸气室,在Cs蒸气室温度120℃时,我们获得了394mW的894.6nm线偏振Cs蒸气激光,光光效率7.4%,斜率效率11.2%,阈值功率为1.72W。

用于碱金属蒸汽激光器泵浦的窄线宽780 nm半导体激光源

780.0nm窄线宽、高功率半导体激光器对于发展Rb碱金属蒸汽激光器具有重要意义 为获得好的泵 浦效果 泵浦光谱与碱金属蒸汽的吸收光谱需严格匹配 必须压窄半导体激光输出线宽 且稳定中心波长 反射式体布拉格光栅(RVBG)外腔反馈是目前实现窄光谱光源的主要方案之一 本文提出了快轴准直镜 光 束变换器 慢轴准直镜 反射式体布拉格光栅(FAC BTS SAC RVBG)的结构 压缩入射到 RVBG 的激光发散 角 提高RVBG有效反馈率 相对于常规的“FAC+SAC+RVBG”结构 提升光谱锁定效果 基于“ FAC+BTS+ SAC+RVBG”结构 研制出780nm窄线宽激光器 连续功率达到47.2W 通过对RVBG精确温控 可将中心 波长稳定在780.00nm 采用单模光纤探测 光谱宽度为0.064nm(FWHM) 温漂系数为0.0012nm/℃ 电 流漂移系数为0.0013nm/A 可用于Rb碱金属蒸汽激光器泵浦.

半导体泵浦铷蒸气激光实现线偏振基模输出

采用2400l/mm的平面光栅搭建Littrow外腔压窄半导体激光器输出激光线宽,获得中心波长可调的线宽0.16nm的半导体激光作为铷蒸气激光的泵浦源。实验中,使用斩波器将泵浦光变为脉宽1ms,重复频率100Hz的重复脉冲形式,聚焦进长度为8mm的铷蒸气泡,泡内充入79kPa甲烷作为缓冲气体。进入铷蒸气泡的泵浦光峰值功率为1.84W时,控制铷泡温度在125℃,获得了峰值功率17.5mW的基模线偏振铷激光输出。

LD端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配

以光纤耦合半导体激光器作为泵浦源,5mm长的铯蒸气池作为激光增益介质,开展了端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配实验研究。分析了泵浦光聚焦光斑半径和聚焦位置对铯激光输出性能的影响。以激光器的工作斜效率和光光效率为指标对各模式匹配参数进行了优化,同时对激光器的阈值泵浦功率进行了研究。结果表明:在一定的激光振荡模束腰下,存在最佳的泵浦光聚焦光斑半径使斜效率最大。此外,聚焦位置在蒸气池中央时有利于提高斜效率和光光效率。对阈值泵浦功率的研究显示,阈值泵浦功率随泵浦光聚焦光斑半径的减小而减小,而且当泵浦光聚焦于蒸气池前端时有利于降低阈值泵浦功率。基于以上研究,获得了一组最佳模式匹配参数,即泵浦光聚焦光斑半径为333μm,激光振荡模束腰为167μm,泵浦光聚焦位置位于蒸气池中央。

高功率半导体激光泵浦碱金属蒸汽激光器的理论模拟

半导体泵浦碱金属蒸汽激光器(DPALs)作为一种新型激光器,综合了半导体激光泵浦技术和碱金属蒸汽工作物质的优点,有望实现高功率、高效率、高光束质量的连续激光输出。通过基于速率方程理论构建的理论模型,对超高功率半导体激光器的运行状况进行了计算机模拟。理论模拟表明,从半导体泵浦碱金属蒸汽激光器获得连续输出百千瓦级激光输出是可行的,并且可以保证很高的斜率效率和很好的光束质量。该种超高功率激光器可以满足航空航天等领域中对超大功率近红外激光光源的需求。

二极管泵浦高能激光研究进展和展望

高能激光广泛应用于材料加工、科学研究、空间碎片清除、军事应用等领域。二极管泵浦高能激光具有结构紧凑,系统简单、全电驱无限弹仓的特点,近年来,各类二极管泵浦高能激光围绕着同时实现高功率、高效率、高光束质量这一总目标发展迅速。详细综述了国内外高平均功率块状固体激光、高功率可见光波段激光、高峰值功率激光、高功率光纤激光、碱金属蒸气激光等二极管泵浦高能激光的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

半导体泵浦铷蒸气激光器出光实验

针对中心波长780nm的商用连续波半导体激光器,使用斩波器将连续激光变为脉冲输出形式,用2400line/mm的平面全息光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.2nm以下。采用透镜组对线宽压窄后的半导体激光进行光束整形,半导体激光经线宽压窄和光束整形后,经透镜聚焦进长约8mm的铷蒸气泡进行半导体泵浦碱金属激光实验。首次出光得到17.5mW的基模线偏振铷激光;在最新的改进实验中,半导体泵浦铷激光输出功率已达到2.8W。

半导体泵浦铯蒸汽激光器工作特性分析

基于端面泵浦碱金属蒸汽激光器的速率方程模型,研究了半导体激光泵浦铯蒸汽激光器的工作特性。通过改变泵浦参数和蒸汽池参数,分析了各参数对激光器的泵浦吸收特性和激光输出特性的影响。结果表明:铯蒸汽吸收的功率和激光器的输出功率会随泵浦功率、乙烷压强的增大而出现饱和现象,随泵浦光中心波长对铯原子吸收波长的偏离而呈类高斯型的变化趋势,随氦气压强的增大而先增强后减弱。此外,还存在临界泵浦光线宽和温度范围使激光器保持正常运转。结果与已报道的实验现象有较好的符合,可为进一步的实验探索提供借鉴和参考。

半导体抽运铷蒸气输出2.8W线偏振铷激光

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是一种具有广阔应用前景的激光器,近年来发展迅速。使用碱金属铷所需要的中心波长为780nm的半导体激光器线阵作抽运源,采用平面衍射光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.13nm,并使用斩波器将半导体激光变为脉冲输出形式。采用透镜组合对窄线宽半导体激光进行光束扭转整形,整形后光斑近似为方形。半导体激光经线宽压窄和光束整形后,被聚焦进铷蒸气泡,泡内充入79kPa甲烷作为缓冲气体。控制铷蒸气泡温度为145℃,注入谐振腔的抽运光峰值功率为最高13W时,获得了峰值功率2.8W的线偏振铷激光输出,光-光转换效率达21%。

高功率半导体激光抽运碱金属蒸汽激光器

随着半导体抽运固体激光器向更高的输出功率发展,固体激光工作物质的热效应问题成了该类器件发展的瓶颈,人们开始尝试用高功率半导体激光抽运气体工作物质来代替固体工作物质以实现良好的热管理。半导体抽运碱金属蒸汽激光器(DPAL)结合半导体激光高功率、高效率抽运和气体激光介质良好的热管理和光学特性,以及碱金属原子D线激光跃迁的高量子效率(99％)等优越性,有可能实现好的光束质量(近衍射极限)、高效率(斜率效率大于80％)、高平均功率的近红外激光,在定向能量传输、国防军事、激光钻油气井和激光工业加工等领域具有极好的应用前景。综述了DPAL激光器的工作原理、关键技术、最新研究进展和它的应用前景。

高功率碱金属蒸汽激光器在地球同步卫星发射中的应用

半导体激光抽运碱金属蒸汽激光器(DPAL),可以提供高功率、高效率、近衍射极限的近红外连续激光输出,具有较其它传统高功率激光器更好的综合性能。其发射波长近大气传输窗口,且与半导体光电转换器件的高效吸收波长吻合,因此以DPAL为光源的太空激光传能系统在航空航天领域中具有很好的应用前景。首先概述DPAL的基本原理和结构,并对其作为能源用于同步地球卫星发射任务的方式和优势做了简要讨论。

一种Rb蒸气对窄线宽780nm激光吸收率和吸收峰的测量方法

为了消除Rb蒸气室窗口内表面未镀膜引起的吸收率测量误差,本文提出采用差分吸收的方法准确测量高气压缓冲气体下Rb蒸气对780nm激光的吸收率,参考光源为787nm单管半导体激光器(LD)。吸收峰的测量,则通过观察780nm激光通过Rb蒸气室后激光光谱出现的凹陷确定。采用本文方法对充有252.5kPa He气和50.5kPa CH4缓冲气体的Rb蒸气的吸收率和吸收峰进行了测量,验证了该方法具有较高的测量精度。

高能半导体泵浦气体激光器

在重新梳理高能激光底层物理问题的基础上,指出半导体泵浦气体激光器将是未来高能激光器的重要发展方向,讨论了半导体泵浦气体激光器的基本原理和核心要求,并以半导体泵浦碱金属蒸气激光器为例进行了详细剖析,对半导体泵浦气体激光器的前景进行了展望。

激光二极管抽运铯蒸气激光实现高效率瓦级输出

采用中心波长为852.3 nm、线宽为0.17 nm的光纤耦合半导体激光器作为抽运源,室温下充入60 k Pa氦气和20 k Pa乙烷、5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质开展了端面抽运铯蒸气激光实验研究。蒸气池工作温度为107.6℃时,改变输出镜反射率优化铯激光输出性能,获得最佳输出镜反射率为48.79%。连续抽运模式下,注入抽运功率为4.76 W时获得1.16 W的894.57 nm连续激光输出,斜效率为28.8%,光光转换效率达24.4%;脉冲抽运模式下,注入抽运功率为14.1 W时获得了2.5 W稳定铯激光输出。

布儒斯特角结构16.8W半导体抽运铷蒸气激光器

为了获得高效半导体抽运碱金属蒸气激光器,采用布儒斯特角结构的增益池,有效地提高了激光的单程透射率,p偏振的激光单程透射率达到97%。采用长度为1 cm的增益池,其内填充碱金属铷蒸气作为增益介质和压强为79.99 k Pa的甲烷作为缓冲气体。采用中心波长为780 nm,线宽为0.1 nm,功率为48 W连续输出的半导体激光器作为抽运源。为了降低增益池内的热效应,采用斩波器将抽运光转化成脉冲形式输出,脉冲宽度为1.85 ms,重复频率为15 Hz,占空比2.77%。采用12 cm的平凹谐振腔,利用输出耦合率分别为41%、58%、76%的输出镜进行了优化实验。在增益池温度为160℃时,采用输出耦合率为76%的输出镜,获得了峰值功率最高为16.8 W的中心波长为795 nm的铷激光输出,光-光转换效率为35%,斜率效率为44.2%。

碱金属蒸气激光器的研究进展

碱金属蒸气激光器具有高量子效率且易于流动散热,显示出良好的发展潜力。概述了光抽运碱金属蒸气激光器的基本原理和国内外的研究进展。对于其在发展中遇到的问题进行了简要分析,并总结了目前所采用的相应解决方案,指出了几种方案所存在的优、缺点。对碱金属蒸气激光器未来可能的研究方向进行了展望。