全固态激光中的光谱合成技术

对多种全固态激光中的光谱合成技术进行了探讨和研究,包括光纤激光、Yb:YAG板条激光和半导体激光。对于光纤激光,探讨了基于单个多层介质膜(MLD)光栅、一对MLD光栅、多个体布拉格光栅三种衍射光学元件的光谱合成技术中色散造成的光束质量退化问题,指出子束光谱线型的二阶矩全宽决定了光束质量的退化量,但所允许的光谱宽度又依赖于具体的技术选择途径。进而比较了三种光谱合成方案的优缺点。对于固体激光,实验演示了基于Yb:YAG晶体的板条激光实现光谱合成的原理可行性。通过设计一个基于MLD光栅的振荡器内的光谱合成装置,实现了7束子激光最高241 W的光谱合成输出,合成后光束质量β因子约4.1,表明大功率Yb:YAG板条激光具有通过光谱合束技术实现功率进一步提升的潜力。对于半导体激光,提出并设计了大模场外腔半导体激光+快轴光谱合成的技术。实验演示了9个1 mm宽LD芯片沿快轴方向的光谱合成,用β因子评价合成后的光束质量,在慢轴方向β≈6.3,在快轴方向β≈1.6,表明快轴光谱合成造成的光束质量退化是完全可控的。

大模场一维高阶厄米-高斯激光束产生

厄米-高斯光束在诸多前沿科学领域都有着重要的应用.不同于目前普遍采用的晶体端面离轴泵浦方式,本文提出了一种利用板条激光器产生厄米-高斯激光束的方法.采用半导体激光阵列大面正交泵浦板条激光介质,具有大模场特性.根据预先设计的谐振腔模场,在板条厚度和宽度方向分别采用尺寸可调的光阑限模.由于高阶模式对谐振腔腔镜不对准的灵敏度弱于低阶模式,可通过耦合输出镜倾斜量的控制,实现不同阶数模式腔内损耗的差异化调控,从而产生各阶次的高纯度厄米-高斯光束.利用Nd:YAG板条激光器,获得了0—9阶一维厄米-高斯光束,其光强分布与理论值的相关系数ρ高于0.95,光束质量因子M^(2)与理论值符合良好.最高阶HG09模式的输出功率为244 mW.在此基础上,进一步利用柱透镜对组成的像散模式转换器,实现了各阶厄米-高斯光束向对应拉盖尔-高斯光束的转换.结合板条放大器结构,基于本方案产生的厄米-高斯光束具备功率定标放大的前景.

百瓦级近衍射极限VCSEL泵浦激光器

报道了高功率、高光束质量的垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)侧泵的Nd:YAG激光振荡器。从VCSEL泵浦源的主动冷却的热沉结构出发,设计了5个227 W的VCSEL线阵,并且通过优化侧面泵浦大口径激光棒的结构,研制成了具备480 W输出能力的棒状激光模块,相应的光-光效率为49.7%。在此基础上,设计了一种高功率、高光束质量的VCSEL侧面泵浦棒状Nd:YAG激光振荡器。腔内插入望远镜光学元件,并通过优化各光学元件的参数使其工作在热近非稳区域,以达到增大基横模体积和抑制高阶横模目的。最终,获得114 W的输出功率,相应的平均光束质量因子M^(2)为1.42。由于VCSEL具备优秀的波长-温度稳定性,这种高功率、高光束质量的VCSEL泵浦的固体激光器在工业、空间等领域,具有极为广阔的应用前景。

基于光参量放大相位共轭特性的图像修复与增强

非线性光学相位共轭技术可将经过散射介质后产生畸变的光学波前进行修复.本文基于光参量放大(OPA)过程的光学相位共轭(OPC)特性,进行了光学相位共轭图像修复和增强的实验研究.基于大能量532 nm皮秒抽运激光和大口径非线性光学晶体KTiOPO_4(KTP)(Ⅱ类相位匹配),对经过牛奶乳浊液后已无法识别的1064 nm近红外光学图像,进行相位共轭修复,修复后的图像分辨率达12线/mm,此外,结合OPA过程的光学增益特性,实现了超过17 dB的光学图像增强,为现有三波混频光学相位共轭修复畸变所获图像增益的最大值.在此基础上,峰值信噪比较修复之前有160%的提升.考虑到光参量过程所具有的波长可调谐特性,在实际应用中,可根据需要,选择与生物组织的光学治疗窗口相匹配的成像波长,从而保证更长的穿透深度,提升生物组织成像和医学无损检测的效果.

垂直腔面发射半导体激光器的特性及其研究现状

与传统的边发射半导体激光器相比,垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有光束质量好、阈值电流低、易于二维列阵集成和制造成本低廉等优点。近年来,以VCSEL为基础发展起来的电抽运和光抽运垂直外腔面发射激光器(VECSEL),在获得高的输出功率和光束质量的同时,可以通过在腔内插入光学元件,实现腔内倍频、波长可调谐和锁模等激光技术,在激光领域很有竞争力。本文介绍了面发射半导体激光器的结构、工作原理及性能优势,综述了其在高功率输出、可调谐技术、锁模技术等方面的研究现状与进展,探讨了该类型激光器的发展前景。

885 nm直接抽运946 nm Nd∶YAG低温激光特性研究

对低温下885nm抽运Nd∶YAG晶体946nm准三能级激光性能进行了研究。将激光上、下能级的玻尔兹曼分布分数f_1、f_2作为温度的函数引入到激光速率方程中,定性分析了低温下小信号增益和激光阈值的变化规律。利用搭建的低温冷却系统研究了不同晶体温度下946nm激光的输出性能,在210K时获得了最大165 mW的激光输出,斜效率为36%,相比于常温下斜效率提高了71%。观察并分析了低温下1061nm增益增强的现象,当温度低于190K时,1061nm激光增益显著提高,与946nm激光形成竞争,导致946nm激光输出降低。

高光束质量窄纳秒脉宽Nd∶YVO_(4)板条脉冲串激光器

提出了一种高光束质量、窄纳秒脉宽、高重复频率脉冲串输出的电光调Q激光器。通过优化键合Nd∶YVO_(4)板条晶体掺杂区域的纵横比,结合腔模的最佳设计,限制腔内的高阶模式振荡,获得了两方向相近的高光束质量激光输出。利用激光二极管侧面泵浦键合的Nd∶YVO_(4)板条晶体,采用电光调Q技术,研究了不同重复频率下1064 nm脉冲串激光的输出特性。在输出镜最佳透过率为40%、子脉冲调Q重复频率为80 kHz的条件下,获得了平均输出功率为5.03 W、子脉冲能量为0.50 mJ、子脉冲宽度为5.9 ns的脉冲串激光输出。在谐振腔内加入小孔光阑,获得了平均输出功率为2.56 W、子脉冲能量为0.26 mJ、子脉冲宽度为7.2 ns的脉冲串激光输出,对应的x和y方向的光束质量因子分别为1.42和1.49。

单频自倍频绿光激光器

全固态单频激光器具有稳定性高、能量集中、相干性好等特点,是科研、通信、军事等领域的重要光源。目前单频激光器的获得主要有2个途径：1）在谐振腔中加入法布里-珀罗（F-P）标准具或双折射滤波器并通过选频获得;2）通过设计单块非平面环形腔或微腔获得。基于单频微腔结构的可见光激光器一般需要用到两块晶体,一块为激光晶体（常用Nd：YVO4晶体）,另一块为非线性晶体（如磷酸钛氧钾,三硼酸锂）。