1.9 ns LD端面泵浦Nd:YVO_4/GaAs被动调Q激光器

研究了激光二极管端面泵浦Nd:YVO4/Ga As被动调Q激光器的输出特性。在连续光运转和调Q运转情况下,得到的激光最高输出斜效率分别为41.5%和11.4%。用一片700μm厚的Ga As薄片作为饱和吸收体,对1.06μm激光透过率为6.5%的平面镜作为15 mm谐振腔的耦合输出镜,得到的最短脉宽仅为1.9 ns。在泵浦功率由0.5 W上升到5.6 W的过程中,用T为6.5%和20%的输出镜得到的脉冲重复频率从18.7和23.9 k Hz分别上升到53和41.3 k Hz。两种输出镜透过率下得到的最大脉冲能量分别为8.5和13.3μJ,相应的峰值功率高达4.45和4.6 k W。此激光器具有非常高的振幅稳定性,在高泵浦功率下调Q脉冲振幅波动小于3%。

LD端面泵浦Nd:YAG/MWCNT被动调Q锁模激光特性研究

本文首次研究了以多壁碳纳米管（MWCNT）为饱和吸收体,Nd∶ YAG被动调Q锁模激光器的输出特性.激光器连续光（CW）和调Q锁模（QML）运转平均输出斜效率分别为35.7％和14.9％.实验得到的调Q包络重复频率在45.2～128.8 kHz范围内变化.最短调Q包络脉冲宽度为95 ns,仅包含10个锁模脉冲.最高调Q包络单脉冲能量和锁模脉冲单脉冲能量分别为14.6和1.31 μJ.锁模脉冲宽度约为461 ps,相应的最高峰值功率为2.84 kW.

基于Nd：LGGG连续与调Q脉冲人眼安全激光器研究

1.4μm人眼安全激光具有对人眼安全、对烟雾环境穿透能力强以及易于产生和探测等特点。本文基于Nd:LGGG新晶体,采用石墨烯作为可饱和吸收体,研究了1.4μm人眼安全激光输出特性。在注入泵浦光功率15.6 W时,获得2.38 W的1.4μm连续激光输出,光-光转换效率为15.4%;在注入泵浦光功率14.3 W时,获得平均功率为255 m W的1.4μm调Q激光输出,输出脉冲宽度为490 ns,重复频率为80 k Hz,激光单脉冲能量为3.2μJ,脉冲峰值功率6.53 W。

LD泵浦的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)中红外高功率固体激光器(特邀)

3μm波段激光是高精度外科手术的理想光源,也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er^(3+)掺杂晶体是获得2.7~3μm波段中红外激光的有效技术途径,具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er^(3+)2.8μm激光下能级阻塞问题,一般需要高浓度掺杂,但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收,增强了激光晶体的热效应,从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成"团簇",将低浓度Er^(3+)掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)激光晶体,利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出,这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时,文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8μm激光特性进行了研究。实验结果表明,低浓度掺杂的1.3at.%Er^(3+):CaF_(2)晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料,有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。

特殊关联结构部分相干光束大气传输研究进展

相干性是激光束的一个重要特性,具有低空间相干性的激光束称为部分相干光束;关联结构(函数)是部分相干光束的一个特有参量,通过调控相干性可构建具有特殊关联结构的部分相干光束。在湍流大气中,特殊关联结构部分相干光束不仅展现出诸多奇特传输性质,而且能够进一步有效抑制大气湍流引起的光强及相干度分布退化、光斑漂移和光强闪烁等各种湍流负面效应,在自由空间光通信、激光雷达和激光遥感等方面有重要应用前景。近年来特殊关联结构部分相干光束大气传输研究受到越来越多学者的关注。回顾了特殊关联结构部分相干光束大气传输研究方法和发展历程,举例展示了厄米系列特殊关联结构部分相干光束的大气传输研究成果。

整形飞秒激光脉冲的成丝超连续辐射控制

飞秒激光成丝超连续辐射具有高强度和高时空相干性等优点,作为一种超宽带光源在很多领域都具有广泛的应用前景.本文提出一种结合微透镜阵列的空间调制和基于液晶空间光调制器的时域整形的飞秒激光脉冲整形方式,利用基于遗传算法的反馈优化控制,实现了飞秒激光在熔融石英中成丝产生的超连续辐射强度的调制,得到了在一定范围内光谱强度可控的超连续辐射光谱;光谱的能量密度可以从0.03μJ/nm调制到0.09μJ/nm,其能量密度变化达到了初始值的3倍.计算了典型迭代代数对应的整形脉冲时域包络,分析了超连续光谱随迭代代数的演化趋势,结果表明,脉冲包络的峰值强度和波形分布是影响超连续光谱展宽和强度的主要物理原因.

基于金纳米棒可饱和吸收体的Nd：YSAG被动调Q激光器

以新型金纳米材料为可饱和吸收体,研究了LD端面泵浦的Nd:YSAG被动调Q激光器的激光输出特性。实验中通过调整金纳米棒的长径比等参数,成功地将金纳米棒材料由表面等离子体共振引起的非线性吸收峰调控到Nd:YSAG激光的输出波长1 062 nm处,并成功获得了稳定的被动调Q激光输出,在泵浦功率为4.9 W时,激光器的平均输出功率为14 m W,此时,激光脉冲宽度为944.1 ns,重复频率100.1 k Hz。实验结果表明,金纳米材料在脉冲激光领域具有良好的应用前景。

非均匀关联光束在湍流中的单模光纤耦合效率(特邀)

研究了非均匀关联光束经过大气湍流后的光纤耦合效率。研究结果表明,大气湍流中非均匀关联光束的光纤耦合效率优于传统高斯谢尔模光束;且调控光束相干长度可以提高光纤耦合效率;针对不同传输距离的情况,可以通过调控光束相干长度实现耦合效率的最优化。同时,文中还讨论了光源参数:束腰和波长;耦合透镜参数:接收孔径和焦距;湍流强度对光纤耦合效率的影响。该研究成果证明光场相干结构调控技术在提升光纤耦合效率中的应用,在自由空间激光通信研究领域存在重要价值。

基于共振波导光栅结构准连续域束缚态的低阈值纳米激光器的数值研究

纳米激光作为一种纳米级相干光源,是光电集成芯片的关键器件.激光器进一步小型化的阻碍在于随着激光器谐振腔体积的减小,其损耗迅速增大.连续域束缚态(bound states in the continuum,BICs)能有效降低全介质结构的辐射损耗.本文提出一种基于全介质共振波导光栅(resonant waveguide grating structures,RWGs)准BIC的纳米激光器,可有效降低纳米激光器的阈值.将传统两部分光栅转换为四部分光栅,可激发波导结构的准BIC模式.本文数值研究了该模式的受激辐射放大特性.结果表明:TE偏振光照射下,基于四部分光栅的RWG结构的纳米激光阈值比基于传统RWG结构的阈值低20.86%.TM偏振光照射时,阈值比传统RWG结构降低了3.3倍.而且TE偏振光照射时纳米激光的阈值比TM偏振光照射时阈值大约低一个数量级,这是因为TE偏振光照射时,结构的电场局域在波导层内,增强了光与增益材料的相互作用,从而降低了纳米激光的阈值.

特殊关联结构光束的大气传输研究进展

近年来,光场调控逐渐成为光学领域的热点研究课题,光场相干性调控可以引发许多新颖物理效应。其中,通过相干性调控得到的特殊关联结构光束不仅展现出奇特的传输特性,而且可以有效地降低大气湍流引起的光强退化、光束漂移、光强闪烁和退偏振等负面效应。因此,特殊关联结构光束在自由空间光通信领域具有重要的应用前景。本文回顾了特殊关联结构光束的构建基础理论和大气传输研究方法及其发展历程,举例展示近些年典型特殊关联结构光束的大气传输研究成果。

扭曲部分相干光束研究进展

在扭曲相位的作用下,部分相干光束呈现出新颖的光学统计特性并在光束整形、微粒捕获、光学成像、自由空间光通信等众多应用领域中展示出其独特的优势。回顾了扭曲部分相干光束的研究发展历程,主要介绍了该光束的理论模型、传输特性、实验产生及相关应用基础,阐明了制约扭曲部分相干光应用研究进展的因素,并提出今后扭曲部分相干光研究的重点。

LiNbO_(3):Fe晶体中圆偏振光散射引起的偏振态变化(特邀)

报道了LiNbO_(3):Fe晶体内光致散射过程中偏振态的变化。将圆偏振光聚焦成极细的光片,并将其照射在c轴沿竖直方向放置的晶体上,研究了不同入射角时的光散射现象。在散射光从产生到达到稳态的数十分钟内,散射光主要在平行于c轴的方向上产生,同时在平行于光片的方向上存在分量,散射光产生速度随入射角的增大而减小。进一步观察表明,圆偏振光通过晶体后变成普通椭圆偏振光,不同入射角下出射光椭圆度也不同。结合晶体内部形成的噪声光栅,建立了圆偏振光的散射模型,并计算分析了偏振态变化的原因和机理。这一发现提出了一种利用光折变晶体的光致散射特性产生椭圆偏振光的方法,在基于光折变材料的光存储、光子晶格等方面有应用价值。

涡旋光场相干调控及拓扑荷测量

涡旋光场是一类具有螺旋型波前的特殊结构光场,因其携带相位奇点、轨道角动量以及拥有中央暗核结构等物理特性,被广泛应用于光学微操纵、大容量光通信、超分辨成像等领域。通过对涡旋光场传统的物理维度(振幅、偏振、频率)进行调控,可以得到模式更加丰富、应用领域更广泛的新型涡旋光场。此外,涡旋光场还有一个非常重要的调控维度,即相干性。近年来,研究人员通过对涡旋光场的相干性进行调控得到了一类新型涡旋光场,即部分相干涡旋光场。相比于完全相干涡旋光场,部分相干涡旋光场在某些领域更具优势,如具有较高的抗湍流大气干扰性、更丰富的光束整形、更高的自修复能力和更强的微粒捕获能力等。本综述介绍了近年来整数阶和分数阶涡旋光场相干性调控方面的研究进展,重点对部分相干涡旋光场的理论模型、产生方法、传输特性、拓扑荷测量、应用等方面进行了详细阐述。

平顶飞秒激光经圆锥透镜在熔融石英中成丝及超连续辐射

实验研究了平顶飞秒激光经圆锥透镜后在熔融石英中的成丝及超连续辐射.与高斯飞秒激光的成丝对比发现,平顶飞秒激光可以获得在圆锥透镜焦深区域内强度分布更为均匀的等离子体细丝,这一特征更有利于飞秒激光在固体介质中进行微纳加工等领域的应用.并且,在不损伤熔融石英的条件下,平顶飞秒激光成丝可以获得更高能量、更高转换效率的超连续辐射,这是因为若产生光强相近的细丝,平顶飞秒激光所需的初始激光能量更高,此激光能量下产生的细丝长度更长、均匀性更好.

微纳光学结构与太赫兹辐射产生技术的研究进展

太赫兹(THz)技术在基础研究与产业应用中具有重要研究意义,但其广泛应用仍受限于高效、紧凑的THz源,特别是0.5~2.0 THz波段。目前,人们已经采用了多种技术产生THz辐射,基于光学的方法是其中最重要的手段。首先,针对THz脉冲波及连续波,基于光电导效应及非线性光学差频的THz辐射产生机理,总结了近年来微纳光学结构在提高泵浦光至THz转换效率上的应用。然后,分析了金属纳米光天线通过增强泵浦光局域电场提高THz辐射效率和将金属纳米光天线作为THz辐射源两种增强情况。最后,展望了其他类型的光学微纳结构,尤其是全介质光学天线支持的米氏谐振、无辐射模式以及连续域中束缚态等新颖物理现象在THz辐射产生中的增强作用。

脉冲泵浦对准三能级Nd:YAG激光晶体热效应的影响

对热效应影响严重的准三能级系统激光晶体采用脉冲激光泵浦,在泊松方程中引入矩形方波函数,考虑晶体侧面与冷却液之间的对流传热,以及晶体端面与外界的热传导,建立圆柱形Nd:YAG晶体的热传导模型和边界条件,采用有限元差分方法,求解变形后的泊松方程,得到激光晶体内温度的建立过程和临界稳定温度场分布。结果表明,采用脉冲泵浦方式能大大降低晶体内部的温度,有效减小晶体内部的热效应,为准三能级和三能级系统激光晶体的热效应研究提供了参考。

基于Nd:YAG/V:YAG键合晶体的1338 nm微片激光器研究

基于Nd:YAG/V:YAG键合晶体,在连续和准连续LD端面泵浦条件下,研究了输出波长1 338 nm的被动调Q微片激光器的输出特性。在连续泵浦条件下,最大的输出功率为0.73 W,此时得到稳定的调Q脉冲输出,脉冲宽度为139 ns。在准连续泵浦下,获得了被动锁模调Q激光输出,输出的最大功率为1.01 W,对应的脉冲宽度为80 ns,其中的锁模系列单脉冲宽度约为70 ps。实验结果表明,Nd:YAG/V:YAG键合晶体有利于获得高功率紧凑的1 338 nm脉冲激光输出,同时准连续泵浦能有效地降低激光晶体的热效应从而获得更高功率的激光输出。

飞秒涡旋光与产生的3次谐波在空气中的耦合传输

模拟飞秒涡旋光在空气中成丝产生涡旋3次谐波的过程。研究初始基频波的扰动分布和峰值功率对双色涡旋光演化的影响。对于具有对称扰动分布的初始基频波,双色涡旋不受初始峰值功率影响,能够在成丝过程中保持环形强度分布。但是,在高峰值功率情况下,涡旋的螺旋相位分布受到多丝的影响,多丝引起的相位积累效应破坏了双色涡旋的螺旋相位分布。对于具有不对称扰动的初始基频波,当形成多细丝时,双色涡旋的空间环形分布和螺旋相位分布都会被破坏。

基于硫铟锌纳米花的被动调Q激光

采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm^(2),调制深度为7.8%。通过搭建1μm全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能量为0.38μJ、峰值功率为0.98 W的脉冲激光。结果表明,由于硫空位的存在,硫铟锌纳米花能够吸收能量低于其带宽的光子,在近红外区域,表现出良好的可饱和吸收特性,且在激光器中,能够获得高重复频率和短脉冲宽度的激光输出。因此,基于硫铟锌纳米材料的可饱和吸收体在调Q脉冲激光器中具有广阔的应用前景。

部分相干照明下的相位恢复方法及应用研究进展

相位恢复技术在材料科学、生物医学、天文学等领域有着广泛的应用,不同的相位恢复技术及应用领域,需要用到不同的光源。光源的波长、相干性以及能量等参数都会影响最终的相位恢复效果。在以往的研究中,就空间相干性而言,往往将光源当作完全相干光处理,但是在实际应用中,X射线、电子束等光源都是部分相干光,且完全相干光经过介质时其空间相干性也会降低,因此,如何在部分相干照明下恢复物体正确的相位信息尤为重要。本文概述了空间部分相干照明下相位恢复技术的研究背景及研究进展,重点介绍了常用的几种相位恢复方法:模式分解法、强度传输方程、微扰法以及焦移法等,并对这些方法的优劣进行了对比分析。此外,还概述了微扰法相位恢复技术在特殊关联部分相干光场测量及部分相干涡旋光束拓扑荷数测量中的应用。