高重频Nd:YVO_4声光调Q与RTP电光调Q激光器实验对比分析

报道了相同实验条件下激光二极管端面抽运生长型复合Nd:YVO4晶体声光调Q和RTP电光调Q激光器。应用声光调Q和RTP电光调Q分别实现了最高重复频率200 k Hz和500 k Hz的TEM00模1 064 nm激光输出,输出平均功率分别达到12.13 W和13.56 W,脉冲宽度分别为16.65 ns和27.27 ns,并首次对比了两种调Q体制下的高重频激光输出特性。实验结果表明,RTP电光调Q具有更好的高重频关断能力,但由于受到高压驱动的限制,RTP电光调Q无法在更高重复频率下实现窄脉宽高峰值功率激光输出,而在更高重频下仍有较好输出性能的声光调Q将取代电光调Q成为几百千甚至上兆Hz高重频激光器的首选调Q机制。

连续腔内倍频拉曼激光器的归一化理论解析

腔内倍频拉曼激光器是获得黄光激光光源的重要途径,目前尚未有直接的表达式描述连续腔内倍频激光器的功率输出对抽运和激光器参数的依赖关系。以速率方程为基础,对腔内倍频连续拉曼激光器的理论模型进行归一化处理,得到平面波近似下连续腔内倍频拉曼激光器的归一化速率方程组。对此方程组进行求解,得到描述激光器输出的表达式各变量以及参量与输出变量之间的归一化表达式,根据表达式获得了描述激光器运行的理论曲线。

基于MgO:QPLN的多光参量振荡器电场调谐特性理论与实验研究

报道了基于掺氧化镁准周期极化铌酸锂(MgO:QPLN)的多光参量振荡器电场调谐特性理论与实验研究.通过对电场调谐能力与极化结构参数间关联性的理论分析,确定了高正负晶畴比MgO:QPLN电场调谐的可行性,并模拟得到跨周期参量光输出波长与加载电压的关系曲线.实验中通过对MgO:QPLN有效的电场加载,实现了3.84μm波段参量光的电场调谐,频谱调谐带宽约6 nm,调谐速率接近1 nm/k V,进一步结合温度调谐,实现了参量光宽谱段高精度的连续调谐.所获得实验结果与理论模拟结果基本符合,电场调谐在精度控制、快速响应方面相比于传统温度调谐更具技术优势.

毫秒脉冲激光致硅光电二极管电学损伤的有限元分析及实验研究

为了研究毫秒脉冲激光致硅基PIN光电二极管电学损伤,基于热传导及弹塑性力学理论,在光电二极管内部材料各向同性并且P-I-N三层结构之间满足温度连续和热流平衡条件下,建立毫秒脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管二维轴对称模型,采用有限元方法模拟分析了1064 nm Nd:YAG毫秒量级脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管的温度场与应力场分布,并实验测量了硅基PIN光电二极管实验前后的电学参数.结果表明,激光辐照硅基PIN光电二极管时,温升使材料表面熔融、烧蚀,并且在空间上存在温度梯度变化,即激光辐照产生的热与应力使光敏面及硅晶格晶键损伤,最终造成光电探测器的探测性能下降.研究结果可为毫秒脉冲激光辐照硅基PIN光电二极管电学损伤机理奠定基础.

高峰值功率KDP晶体四倍频266nm紫外激光器

报道了一种灯泵浦结构的Nd：YAG晶体电光调Q高峰值功率266nm紫外激光器。结合磷酸二氢钾（KDP）晶体性质,基于倍频理论,分析了考虑走离效应情况下存在相位失配量时KDP晶体长度对转换效率的影响。该激光器采用紧凑的平平腔结构,灯泵浦Nd：YAG晶体电光调Q 1064nm激光作为基频光,腔外采用Ⅱ类匹配磷酸钛氧钾（KTP）和Ⅰ类匹配KDP分别作为二倍频和四倍频晶体。利用能量计、示波器等仪器进行测量,激光器重复频率1Hz时,获得脉宽6.0ns,单脉冲能量35mJ的266nm紫外激光输出,峰值功率高达5.83 MW;当重复频率10Hz时,获得单脉冲能量28.9mJ的266nm紫外激光。532~266nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266nm紫外激光器,能够实现激光打标、激光雕刻。

高重频声光调Q Nd:YVO_4激光器2.1μm光参量振荡器

采用LD端面抽运Nd:YVO4激光器,在声光Q开关重复频率为50 k Hz、LD最大泵浦功率50 W时,获得输出功率26.37 W、脉冲宽度26.28 ns的1 064 nm激光输出。通过该系统抽运键合KTP外腔式光参量振荡器(OPO),当LD泵浦电流24 A、对应1 064 nm泵浦功率7.36 W时,实现了重频50 k Hz的2.174μm脉冲激光输出,激光平均输出功率为324 m W,激光脉宽为17.8 ns。同时,通过实验分析了不同输出镜透过率和声光调Q激光重频对1.064μm和2.1μm激光输出功率、脉宽的影响。最后通过理论值与实验测量值的对比得出,两组数据基本吻合,且2.1μm输出功率未出现饱和。

LD侧面泵浦Nd:YAG无水冷调Q脉冲激光器

研制了一种新型泵浦结构的LD侧面泵浦Nd:YAG无水冷调Q全固态脉冲激光器。通过选取合适激光晶体,用每组12个LD厘米条构成的三列阵列管,按120o均匀分布,进行侧面泵浦。在泵浦光反向冷却套侧壁镀高反射金膜,使激光棒侧向均匀泵浦,实现低阶膜输出。用柱透镜聚焦,利用光线追踪法,通过计算机数值计算,获得合理参数,达到高效耦合。用半导体制冷器冷却,使内部热量及时散出,通过外部大热沉向空间散热,实现无水冷,保证激光器恒温工作。减小了激光器体积,提高了系统效率,获得波长1.06nm、脉冲宽度10～12ns、最大能量98mJ的低阶膜激光输出。

激光诱导等离子体的气体动力学和燃烧波扩展速度研究

针对激光对熔石英材料产生致燃损伤过程中存在的激光支持燃烧波,考虑激光作用的温度残余、目标形貌的改变、喷溅物质分布、目标表面气流状况的分布等效应,分阶段对激光支持燃烧波的过程进行建模和仿真研究.通过建立二维轴对称气体动力学模型,模拟研究包含逆韧致辐射、热辐射、热传导和对流过程在内的激光能量传输过程.此外,依据激光支持燃烧波在可见光波段具有明显的辐射特征这一特点,利用阴影法测量了激光对熔石英致燃损伤过程中的燃烧波扩展速度,得到了燃烧波演化过程图像.研究结果表明:在平行激光束作用下,燃烧波的传播是稳态的,气体动力学行为比较稳定;在聚焦激光束作用下,燃烧波的传播是非稳态的.模拟结果中得到的激光支持燃烧波扩展速度及气体动力学结构与实验结果和理论推导结果符合得很好,验证了理论模型的正确性.

窄线宽1064 nm光纤激光泵浦高效率中红外3.8μm MgO:PPLN光参量振荡器

采用放大1064 nm掺镱光纤激光器作为泵浦源,实现了中红外3.8μm MgO:PPLN光参量振荡(OPO)激光输出。在泵浦源中,采用分布式反馈激光器(DFB)作为种子源来实现光纤激光窄线宽的调制,实现线宽2.5 nm到0.1 nm的压缩,最大平均输出功率可达40 W。进一步对不同泵浦线宽条件下中红外3.8μm MgO:PPLN OPO激光进行研究,最终在泵浦功率为18.1 W、线宽为0.1 nm、重频为1 MHz、脉宽为2 ns时,获得了最高平均输出功率为2.06 W的3822.5 nm激光输出,光-光转换效率为11.38%,光束质量为M2=2.34,提高了窄线宽泵浦对中红外MgO:PPLN OPO激光输出效率。

500kHz波长锁定878.6 nm LD双端泵浦Nd:YVO_4声光调Q激光器

报道了一种由波长锁定878.6 nm LD双端抽运Nd:YVO_4声光调Q激光器,重复频率在500 kHz时具有稳定的1 064 nm脉冲激光输出。在重频为100 kHz,晶体吸收功率58 W时,获得18.2 W的1 064 nm激光输出,光-光转换效率为31.3%,脉宽为15.2 ns;在重频为500 kHz、晶体吸收功率58 W时,获得26.1 W的1 064 nm激光输出,光-光转换效率为45%,脉宽为44.2 ns,重频在100~500 kHz下具有稳定的脉冲输出,光束质量较传统模式下有明显提高,并且转换效率也有提升。实验表明:利用波长锁定878.6 nm激光二极管直接泵浦的方式,有利于降低晶体热效应、提高光束质量,提高光-光转换效率,获得窄脉宽的脉冲激光输出,并且在一定的温度变化范围内具有极好的温度稳定性。

双端泵浦Nd^(3+)掺杂MgO:LiNbO_(3)正交偏振双波长连续激光调控

报道了一种采用双端泵浦的Nd^(3+)离子掺杂MgO:LiNbO_(3)正交偏振双波长激光器,并对正交偏振双波长激光输出进行调控.基于晶体的偏振荧光光谱,对1084与1093 nm的双波长激光振荡机理进行分析,建立晶体热透镜焦距与受激发射截面比之间的关系,并推导出1084及1093 nm双波长共振区间,给出通过改变谐振腔腔型结构调控双波长激光输出的方法.在实验中采用813 nm的半导体激光器双端泵浦a切的Nd:MgO:LiNbO_(3)晶体,测量了1084与1093 nm两种波长的输出规律,并对输出波长进行调控.最终得到了6.02 W的1093 nm和3.02 W的1084 nm单波长激光输出,在X,Y方向上的光束质量分别为M_(X)^(2)=1.70和M_(Y)^(2)=1.81.在28 W泵浦注入功率下获得了4.58 W的双波长激光输出,实验结果与理论分析相符合.为正交偏振双波长的可控输出及应用奠定了理论和实验基础.

基于MgO：APLN的1．57μm／3．84μm连续波内腔多光参量振荡器研究

报道了一种基于MgO:APLN实现1.57μm和3.84μm跨周期参量光连续输出的内腔抽运多光参量振荡器.采用1064 nm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构,综合考虑高功率抽运下谐振腔的热稳定性及多光参量振荡过程的光斑模式匹配,通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析,确定了最佳腔型参数.在此基础上,进一步研究了谐振参量光透过率对振荡阈值、抽运光下转换效率、输出功率稳定性的影响,最终实现了3.13 W的1.57μm和0.85 W的3.84μm参量光输出,对应斜效率为6.8%和1.9%,输出功率稳定性分别达到了1.8%和3%.

高转换效率单谐振连续波近红外光学参量振荡器

提出了一种高功率及高转换效率的可调谐连续波近红外外腔单谐振光学参量振荡器。为了获得短波段近红外可调谐激光光源,基于准相位匹配晶体的光学参量振荡技术是其中一项有效的技术手段。光学参量振荡器采用连续波532 nm激光器作为泵浦源,掺杂氧化镁的周期性极化化学计量比钽酸锂(MgO:sPPLT)晶体作为准相位匹配晶体,通过在周期调谐的基础上再结合温度调谐的组合调谐方式,在8.3~8.6μm的4个极化周期内实现了信号光807~879nm和闲频光1352~1567nm近红外宽波段的无跳模可调谐激光输出。通过闲频光单谐振设计,当泵浦功率5.4 W时,在8.6μm周期处,获得了3.1 W的821 nm的近红外信号光输出,实现了57.4%的信号光光-光转换效率。当泵浦功率达到13.6 W时,在8.6μm周期处,获得了6.8 W的高功率输出。

基于多周期MgO∶PPLN的内腔宽调谐连续中红外光参量振荡器

报道了一种内腔光参量振荡器,该器件通过改变多通道MgO∶PPLN极化晶体的极化周期和温度,可以快速实现3.2~4.1μm中红外参量光可调谐连续输出.采用1.064μm谐振腔与多光参量振荡腔折叠型复合结构,考虑晶体热效应及宽范围调谐参量光振荡过程中光斑模式匹配,通过对两个子腔谐振结构的数值模拟分析,确定最佳腔型结构参数.基于该谐振腔结构,实验研究了多周期MgO∶PPLN晶体的温度和极化周期对参量光波长的影响,实验中克服了MgO∶PPLN晶体在3.8~4.1μm中红外波段较为严重的本征吸收以及量子亏损导致的效率降低问题,获得2.78~4.18μm中红外激光连续调谐输出,调谐范围达1.399μm.在3.2μm、3.5μm、3.8μm、4.1μm四个典型波长下实现了参量光输出,功率分别为1.72W、1.39W、0.79W和0.442W,对应转化效率分别为7.17%、5.4%、3.1和1.84%.

基于中红外光参量振荡器光束质量优化的90°像旋转四镜非平面环形谐振腔型设计与分析

为改善中红外光参量振荡器(OPO)激光输出光束质量,设计了一种90°像旋转四镜非平面环形腔型结构.通过建立单位球等效计算方法,对此种特殊腔型结构存在的像旋转角进行计算,并由此确定了适用于中红外OPO运行的90°像旋转谐振腔结构相关参数.在此基础上进一步建立了非对称轴环形腔中光场模式自再现模型,分析得出随着像旋转角由0°向90°变化,谐振腔内光场模式逐渐均匀化,当旋转角为90°时,基模以及高阶模都表现出非常好的中心对称性.基于此采用中红外ZnGeP2 OPO对所设计的腔型参数进行实验测量,实现了光束质量MX2=1.81和MY2=1.61.由此可以证明所设计的90°像旋转四镜非平面环形腔对中红外OPO激光系统的输出光束质量的优化有显著效果.

基于含时分步积分算法反演单体MgO:APLN多光参量振荡能量场

针对脉冲抽运机制下多光参量振荡器内1.57μm和3.84μm跨周期参量光的能量耦合过程,利用含时波动方程建立起关于时间的能量转换模型,并运用分步积分法对模型进行求解,获得参量光转换效率.模拟多光参量放大器输出参量光波形,证实逆转换和模式竞争是影响多光参量振荡的重要因素.进一步,模拟外腔多光参量振荡器1.57μm和3.84μm跨周期参量光的输出情况.分别对比不同输出透过率、晶体长度和谐振腔长度下转换效率的模拟值,证实了输出镜透过率影响1.57μm和3.84μm跨周期参量光的转换效率,同时表明外腔多光参量振荡器存在最佳晶体长度和谐振腔长度.基于仿真结果,开展外腔多光参量振荡器实验.1.57μm和3.84μm参量光转换效率实验值与理论值相吻合,证实此方法能精准地反演多光参量振荡器的能量转换过程,为优化多光参量振荡器、提高参量光转换效率提供了理论依据.

150kHz生长型复合Nd：YVO_4/Nd：GdVO_4电光调Q激光器

报道了一种激光二极管(LD)端面抽运生长型复合晶体的RTP电光调Q激光器,实现了最高重复频率150kHz的TEM00模激光输出,并且对比了生长型复合Nd:YVO4和Nd:GdVO4晶体在高重复频率电光调Q激光器中的表现。实验表明在中小抽运功率下,具有更大发射截面和适中上能级寿命的复合Nd:YVO4晶体更容易在高重复频率电光调Q运转下实现高峰值功率的窄脉宽激光输出。在高抽运功率下,相比于复合Nd:YVO4晶体,热性能更加出色的复合Nd:GdVO4晶体更适合作为高重复频率电光调Q运转的激光增益介质。

基于MgO:APLN的多光参量振荡器实验研究及其逆转换过程演化分析

对基于Mg O:APLN的多光参量振荡器进行了实验研究.通过优化Mg O:APLN极化结构及参量光耦合输出透过率,在200 k Hz高重复频率1064 nm激光抽运下,通过单极化晶体实现了1.57μm,3.84μm跨周期参量光输出,平均功率分别达到2.4 W和1.31 W,对应光-光转换效率为11.54%和6.25%.同时针对多光参量振荡过程的逆转换现象,通过耦合波方程对其进行了数值演化,并引入"逆转换能量传导区"概念,指出逆转换能量传导区的存在促使弱增益光学参量振荡器的参量光得到二次增强,所得结论与实验结果相符合.

脉冲抽运被动调Q激光器脉冲间隔特性研究

采用数值模拟和实验相结合的方法对脉冲激光二极管(LD)抽运Nd:YAG被动调Q激光器输出脉冲间隔特性进行分析。从被动调Q速率方程出发,结合脉冲LD抽运的特点,考虑剩余反转粒子数密度的影响,推导出输出调Q脉冲间隔时间的计算公式。重点分析了抽运脉宽、输出镜反射率、抽运功率和Cr4+:YAG初始透射率对输出脉冲间隔时间的影响。结果表明,数值模拟与实验结果基本吻合。

短脉冲间隔脉冲组输出电光调Q Nd:YAG激光器

提出了一种短脉冲间隔、子脉冲峰值功率高的脉冲组输出电光调Q激光器。以激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG晶体,谐振腔单次储能,控制Q开关台阶式多次开启,将单次抽运能量分多次调Q输出,实现短脉冲间隔脉冲组激光输出,为高重复频率、高峰值功率激光器提供研究思路。实验结果表明,用一组半环形激光二极管模块作为工作物质Nd:YAG的抽运源,铌酸锂(LN)晶体作为Q开关,激光二极管模块单次抽运工作物质储能,台阶式开启Q开关,激光器在1~20Hz频率范围内能够稳定运行,得到子脉冲间隔最小为100ns的脉冲组输出,子脉冲频率在1.1~10.0MHz范围内可调,子脉冲能量大于23mJ,能量波动小于10%,单个脉冲宽度小于37ns,子脉冲峰值功率接近1 MW,光-光转换效率为22.5%。