高重复率半导体激光抽运Nd∶YAG放大器激光特性的实验研究

实验研究了高重复率、大功率半导体激光二极管阵列(LDA)侧面环绕抽运的Nd∶YAG激光放大器的放大特性、热焦距变化和热致双折射效应引起的退偏特性。偏振光经千赫兹高功率单通激光放大器,获得约3倍的光脉冲能量放大,脉冲宽度基本保持不变,其输出的P分量与S分量的能量比趋于常数3∶1,实验测得的能量放大倍率及放大光束的椭圆偏振度与理论预期吻合很好。     

LDA抽运Nd∶YLF再生放大器的实验研究

研制了一台激光二极管列阵 (LDA)抽运的Nd∶YLF再生放大器。再生放大器工作波长 1 0 5 3nm ,重复频率 1Hz,输出 4ns宽基横模TEM0 0 激光脉冲的能量为 2mJ。总放大倍数达到了 1× 1 0 7,输出能量稳定性优于± 4 7%(峰值 )。给出了再生放大器的实验装置和有关实验结果     

LDA抽运Nd:YLF再生放大器的实验研究

研制了一台激光二极管列阵(LDA)抽运的Nd:YLF再生放大器。再生放大器工作波长1053 nm，重复频率1 Hz，输出4 ns宽基横模TEM00激光脉冲的能量为2 mJ。总放大倍数达到了1×10 7，输出能量稳定性优于±4.7%(峰值)。给出了再生放大器的实验装置和有关实验结果。     

浸入式板条激光器的ASE抑制研究

放大自发辐射及其形成的寄生振荡对谐振腔中主激光的振荡产生了诸多不利的影响。分析了板条型增益介质中光束传输距离和表面反射率对放大自发辐射的影响,通过实验验证了端面键合Cr4+∶YAG晶体能够有效地抑制浸入式板条谐振腔中的放大自发辐射,从而提高谐振腔的输出能量。与端面抛光相比,其输出单脉冲能量提升了38.4%,并获得了32.3%的光-光转化效率。     

灯抽运Nd∶YAG单程行波激光放大器研究

高平均功率Q开关窄脉冲固体激光器具有较多的应用需求,从目前激光材料研究的现状看,适合高平均功率Q开关窄脉冲激光运转的固体激光材料仍然很少,因此只能选择常用的Nd∶YAG晶体作为激光工作物质.由于Nd∶YAG激光材料的亚稳态能级粒子寿命较短,贮能不高,单级器件难以实现高平均功率窄脉冲激光输出,为此我们对振荡-放大结构形式的Nd∶YAG激光器进行了研究,目的是提高Nd∶YAG窄脉冲激光放大器的输出平均功率.从激光放大技术上说,有单程行波放大和多程再生放大等结构形式.单程行波放大对激光工作物质的尺寸要求不苛刻,结构紧凑,适合于工程应用,所以我们将Nd∶YAG激光放大器设计为单程行波放大结构形式.通过对激光放大过程的分析,我们认为单程行波激光放大由两个过程组成:将灯抽运能量转变为放大激光介质的贮能和将贮能转化为激光放大器的输出能量.因此要提高激光放大器的输出功率,必须使放大器激光介质中有较高的反转贮能,并且最有效地提取放大器中的贮能.通过对行波激光放大器的理论分析,推导出放大器提取效率与注入信号能量的关系式,并从理论上得出激光放大器输出能量与抽运能量的关系.实验结果表明理论分析能够指导实际Nd∶YAG激光放大器的设计,我们采用三级Nd∶YAG激光单程行波放大结构,获得平均功率121.5 W(重复频率50 Hz,脉宽7.8 ns)的调Q脉冲激光输出,激光效率1.35%.(OE36)     

高稳定激光二极管抽运Nd∶YLF再生放大器

设计并实现了一种放大纳秒激光脉冲的高稳定的激光二极管(LD)抽运Nd∶YLF再生放大器。为了获得高稳定的输出,再生放大器工作在饱和状态。此时,再生放大器输出稳定性最好,而且注入激光脉冲能量波动引起的输出激光脉冲波动被抑制。由于增益饱和效应,再生放大器输出脉冲出现时域波形失真,附加后缀脉冲能够减弱时域波形失真。放大器工作波长1053nm,工作频率1Hz。输入240pJ的3ns方波激光脉冲,输出激光脉冲能量4.2mJ,总增益大于107,不稳定度小于1%(均方根),方波扭曲1.33。为3ns方波激光脉冲引入其本身幅度0.75倍的后缀脉冲,输出激光脉冲方波扭曲由1.33降至1.17。     

1030nm皮秒级光参量啁啾脉冲放大抽运源

利用低温工作状态下Yb∶YAG再生放大器,对1030nm光纤锁模激光器输出的250pJ的种子光进行放大。电光开关门宽控制种子光在放大器内20程往返,最大单脉冲能量为217μJ,输出频率10Hz,同时由于其增益窄化效应光谱宽度由8.9nm减小到0.3nm,相应的脉宽由18.0ps被压缩到5.5ps,这与理论模拟结果的0.4nm,4.2ps基本吻合。实验结果论证了采用窄增益带宽的再生放大器可以同时实现亚皮秒光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)对抽运脉冲宽度和光谱宽度的要求,避免使用光纤光栅对光谱滤波带来的高阶非线性效应。     

激光二极管抽运低温Yb∶YAG再生放大器

通过对Yb∶YAG晶体荧光谱线的分析,讨论了其低温条件下的增益特性。利用激光二极管作为抽运源,采用背向端面抽运方式,使用掺杂原子数分数为8%的片状Yb∶YAG晶体,搭建了一台低温条件下工作的再生放大器。通过小能量信号光注入,在-90℃的低温下,可以得到重复频率10Hz,脉宽10ns,能量10.3mJ的激光脉冲输出,放大倍数达107倍。     

二极管侧面泵浦10 kHz皮秒激光再生放大器

采用LD侧面泵浦腔,对SESAM锁模皮秒脉冲进行再生放大,在10 kHz重复频率下,获得了5.5 W(单脉冲能量0.55 mJ)的皮秒激光输出,光束质量M2<2.9。之后又采用KTP晶体进行倍频,获得了2.25 W皮秒绿光输出。     

小型Cr~(4 )∶YAG调Q重频热传导冷却(Nd,Ce):YAG激光器研究

对小型Cr4 ∶YAG被动调Q重频热传导自然冷却 (Nd ,Ce) :YAG激光器进行了理论与实验研究。采用氙灯泵浦 ,注入能量 3.6～ 4 .8J ,实现重频 (2～ 5pps)单脉冲能量输出 10～ 15mJ ,最大单脉冲输出能量 2 5mJ ,脉宽 6～ 12ns ,对应的静态能量输出 2 0～ 30mJ ,动静比达 50 % ,实现了器件的小型化和工程化 ,器件工作的环境温度范围达 6 0℃～ - 4 0℃ ,可用于机载激光测距。     

同步抽运源光学参量啁啾脉冲放大飞秒激光系统

啁啾脉冲放大(CPA)技术已被广泛应用在几太瓦(TW)至1000 TW的许多高功率激光系统中.光学参量放大器有着宽的放大带宽,能支持短至几飞秒激光脉冲的无光谱畸变放大.近年来,一种基于光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的飞秒激光系统,已被提出和成功演示.我们实验室正在建造几太瓦级的OPCPA激光系统,该系统要求一台纳秒级的激光装置作为OPCPA系统的抽运源.本文介绍我们已建成的台式高功率倍频Nd∶硅酸盐玻璃激光装置.其输出波长532 nm、脉宽0.5 ns、能量15 J,光束口径为40 mm. 这台Nd∶硅酸盐玻璃激光装置的种子源与OPCPA激光系统一样来自于同一台飞秒1064 nm激光振荡器,它是一台由13瓦的Ar离子激光抽运的自锁模掺钛蓝宝石激光器,产生120 fs、带宽10 nm的1064 nm脉冲列.脉冲列进入一个光栅展宽器,把激光脉冲宽度展宽到0.3 ns水平,然后分出一束作为OPCPA的种子源,另一束进入一台重复频率1 Hz的Nd∶硅酸盐玻璃再生放大器,将脉冲能量从0.5 nJ放大到几毫焦耳,脉冲宽度展宽到0.7 ns. 从再生放大器输出的激光脉冲进入Nd∶硅酸盐玻璃激光放大链进行放大,最后由KDP倍频晶体对输出的1064 nm激光倍频,获得0.5 ns、15 J的绿光.输出的绿光由光学系统导向光学参量放大器,给OPCPA系统的1064 nm的啁啾种子脉冲作同步抽运,同步精度可达数十飞秒量级.(PB6)     

传导冷却结构紧凑型高峰值功率纳秒级激光器

报道了一种基于被动调Q Nd∶YAG微片结构的主振荡功率放大和Nd∶YVO4板条多程放大的激光器。主振荡级采用Nd∶YAG/Cr4+∶YAG被动调Q微片激光器,在重复频率为1 k Hz时,输出单脉冲能量为82μJ、脉冲宽度为1 ns的近衍射极限的激光输出。为了实现信号光在Nd∶YVO4中获得5次放大,设计采用了多程往返光路。得到最大单脉冲能量为2.3 m J,脉宽为1 ns的激光输出,峰值功率大于2 MW,光束质量M2因子为M2x=2.48和M2y=1.24。该激光器结构简单、紧凑,采用传导冷却进行散热,适用于空间激光,在15℃~32℃的范围内,输出能量波动小于4%。     

氙灯抽运锁模脉冲再生放大器研究

搭建了一套声光锁模为主振荡器,氙灯抽运的再生放大系统。通过光路设计和精确的时间控制,将脉冲单选模块集成到再生放大腔中。在工作频率20 Hz时,再生放大器输出单脉冲能量≥3.2 mJ,能量放大倍数≥3×104,脉冲宽度305 ps,单脉冲输出100%,光束质量近衍射限。     

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。     

输出镜透过率对Cr∶YAG被动调Q激光器的影响

对LDA端面泵浦Cr∶YAG被动调Q Nd∶YAG激光器的输出特性进行了深入细致的研究,重点分析了输出耦合镜的透过率(T=3%、8%、20%、30%、40%)对平均输出功率、脉冲宽度、重复频率、以及单脉冲能量和峰值功率的影响。研究结果表明:在特定的激光参数下,Cr∶YAG被动调Q Nd∶YAG激光器的某些输出参数由输出镜透过率决定。T=8%时可以获得最大输出功率与重复频率,而T=20%时,可以获得最窄脉冲宽度、最高峰值功率以及最大单脉冲能量。     

飞秒染料激光放大器

本文用重复率为10Hz、调Q、Nd∶YAG激光器的二倍频输出泵浦四级染料放大器,把从对撞脉冲锁模(CPM)环形染料激光器中产生的43fs的光脉冲能量放大到100μJ,脉冲宽度为125fs,峰值功率为800MW,在用一组四棱镜系统对放大的光脉冲进行群速度色散补偿以后,得到了宽度为70fs的放大光脉冲输出,峰值功率达GW。     

YAG板条激光振荡-放大器(MOPA)的实验研究

建立了一级振荡二级放大YAG板条激光装置,并进行了自由振荡和使用新型YAG:Cr4+色心晶体调Q输出的能量放大以及光束质量随放大级泵浦能量变化的实验研究。结果表明,该MOPA系统由于热效应小,可输出高光束质量的激光。     

工作在1056nm波长区的Ti:sapphire再生放大器输出脉冲稳定性分析

Ti：sapphire再生放大器输出的主要参数为脉冲能量、宽度和信噪比．另外还有一个重要参数为输出脉冲能量的稳定性．目前，国际上Ti:sapphire再生放大器的输出稳定性可控制在5％（rms）以内．影响再生放大器输出稳定性的因素主要有泵浦脉冲能量起伏和角漂移．对于工作在1．056μm附近的Ti：sapphire再生放大器，由于此时的放大介质的增益截面比其峰值小一个量级，当弱泵浦时，再生放大腔工作在其阈值附近，泵浦脉冲能量的波动对被输出脉冲能量的影响更为明显．泵浦光束的角漂将直接破坏泵浦条件，导致增益系数的下降．另外，放大腔内的损耗…     

二极管抽运Nd∶YVO4/Cr∶YAG被动调Q激光振荡器及放大器

我们经过研究发现,只要选取合适的设计参量,Nd∶YVO4/Cr∶YAG结构也可以获得高效稳定,尤其是高重复率的调Q脉冲红外激光输出;进而在腔外进行二级或多级行波放大,脉冲宽度会进一步下降,峰值功率会得到进一步的提高. 实验中采用了近贴抽运方式,即LD发出的光直接入射到紧临的Nd∶YVO4晶体上.实验结果表明,由于谐振腔内存在慢饱和吸收体Cr∶YAG,其"动态光阑"效果具有选模作用,极大地改善了输出光束的空间分布,确保了本振级激光器的单横模输出.另外,近贴抽运避免光束传输和整形过程中能量的损失,器件结构简单紧凑、成本低. 测得本振级抽运光阈值约为140 mW.在本振级和放大级抽运功率分别为1.0 W和2.0 W时,得到脉冲宽度5.4 ns、峰值功率1.4 kW、重复频率高达157.1 kHz的调Q脉冲红外激光输出. 另外,本文设计思想同样适合于Nd∶YAG/Cr∶YAG等类似组合结构的调Q激光器.(OC31)     

二极管抽运高重复频率被动调QNd∶YAG激光器

对采用Cr4 ∶YAG作为被动调Q元件的二极管抽运Nd∶YAG激光器的输出特性参数进行了计算机模拟,模拟计算了在不同抽运能量、不同Cr4 ∶YAG晶体的初始透过率、不同谐振腔的输出耦合率条件下,激光输出能量和脉宽的变化规律,根据模拟结果,选用参数优化的Cr4 ∶YAG晶体和谐振腔,实现了单脉冲能量为13mJ,脉宽为12ns,重复频率达到100Hz的调Q激光输出。