Nd∶YAG板条激光增益模块真空焊接工艺研究

传导冷却型Nd∶YAG板条激光放大器通常要把大尺寸晶体与微通道热沉焊接在一起,提高散热能力。为获得高光束质量的激光输出,要求焊面的空洞率越低越好,以降低Nd∶YAG板条激光增益模块在工作时产生的热畸变,本文提出了一种实现Nd∶YAG板条激光增益模块大面积无空洞焊接的工艺。在真空辐射加热条件下,使用精密行程控制系统调整热沉和Nd∶YAG板条激光增益介质之间焊接缝隙大小。通过对模拟件超声波扫描图的对比分析,使用精密行程控制系统调整焊接缝隙大小的焊接设计实现了大面积低空洞的连接,有效焊接面积达到98.9%。利用该工艺封装的增益模块进行了激光实验,在11kW泵浦光注入情况下,模块动态波前畸变减小了22%,表明新的焊接工艺可以提高Nd∶YAG板条激光增益模块的输出激光功率和光束质量。     

LD 端面泵浦分离式放大器结构的热效应研究

对LD端面泵浦分离型激光放大介质的热效应进行了分析和研究;建立了Cr,Yb:YAG/Yb:YAG复合结构的热传导模型。采用有限元分析方法得到了介质内部的温度分布,给出了介质折射率随温度变化的计算方法并得到了出射端面波前相位分布随温度变化的情况。计算结果表明:保持泵浦光功率密度不变,在不同的泵浦时长下,介质温度以及通光方向截面折射率变化也不同。随着泵浦时间的增长,介质的温度和折射率也增大,出射端面激光光束的相位畸变同样增大。当泵浦光功率密度增大时,温度与折射率的变化趋势与泵浦时间变化时的情况较为相似。热效应随着泵浦时间的增长和泵浦光功率的增大都变得越来越严重。     

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。     

热退偏损耗完全补偿的千赫兹电光调Q Nd:YAG激光器

为了同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应,进一步提高重复频率1 kHz激光二极管(LD)侧向抽运高平均功率电光调QNd∶YAG激光器的输出功率,设计了一种完全消除热退偏损耗的双调Q开关谐振腔结构,此结构在传统调Q谐振腔的基础上沿着偏振片的退偏方向增加了一个调Q谐振支路,并使得激光从增益介质方向输出.实验结果表明,此激光器的单脉冲能量比单Q开关结构的非补偿腔输出能量高出74.7%.当侧面抽运的激光二极管输出脉冲能量达到307 mJ时,激光输出能量达到26.2 mJ,光-光转换效率为8.5%,光束发散角为1 mrad.     

无热退偏损耗Nd∶YAG环形腔单纵模激光器

在Nd∶YAG侧面泵浦四镜环形腔单纵模激光器内,采用薄膜偏振片反射光束作为输出光束,以消除环形腔内热退偏损耗,提高输出功率及效率。实验表明,该Nd∶YAG环形腔可单向运转并输出单纵模激光,环形腔激光器内无热退偏损耗。在驱动电流为21 A时,环形腔激光器输出5.1 W 1064 nm单纵模激光,输出激光线宽为200 MHz,输出光束为线偏振光。通过采用端面泵浦结构,以及采用对p偏振光反射率与泵浦功率相匹配的薄膜偏振片,激光器单纵模输出功率及效率可望进一步提高。     

高功率微片固体激光器

本文对Yb:YAG/YAG复合激光增益介质的侧面泵浦微片固体激光器进行了研究,制作了高光束质量和低波前畸变、输出功率达90 W的微片固体激光器,对超薄片式激活介质和透镜形激活介质等几种复合增益介质的新型设计进行了介绍和分析.     

LD端面抽运激光介质热效应的有限元分析

针对激光介质的通光面为方形、抽运光为高斯光束的情况,以Nd:YAG激光介质为例,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,精确地给出了激光介质中各点的温度和温度分布。分别对提高介质侧面对流换热系数、降低冷却液温度、抽运端面水冷这3种情况下的温度场进行了模拟。结果表明,通过提高晶体侧面的热对流换热系数和降低冷却液温度,几乎不能降低激光介质的热效应,而通过抽运端面水冷,可有效地降低激光介质的热效应。     

侧面折返泵浦多边形Nd∶YAG薄片的热效应研究

针对热效应劣化激光光束质量、限制激光功率水平提升的问题,研究了激光二极管侧面折返泵浦的多边形Nd∶YAG的热效应,进行了有限元数值模拟计算和实验研究。对于侧面90°切割和45°切割的两种多边形薄片增益介质,对比分析了在侧面泵浦方式下,介质轴向及径向的泵浦光吸收功率分布和温度分布。实验测量了侧面折返泵浦模式下,45°切割的增益介质的荧光分布、温度分布和热致波前畸变,实验结果与理论分析吻合。研究表明,侧面折返泵浦的45°切割多边形薄片增益介质有利于实现储能近平顶分布,并进一步降低增益介质的热效应。     

Cr4+:YAG激光器的腔内损耗对激光特性的影响分析

Cr4 :YAG激光器能产生超短脉冲,可广泛用于光纤通信和量子通信当中。这篇文章从Cr4 :YAG晶体的能级结构出发,建立了Cr4 :YAG激光器的速率方程组,并依据这个速率方程组分析了增益和损耗对Cr4 :YAG激光器的振荡阈值条件、吸收系数和脉冲输出特性等的影响。优化Cr4 :YAG激光器腔的设计减少腔的损耗可增强激光器的工作性能。     

被动调Q腔内单共振光参变振荡器和Cr4+:YAG激光器

分析了以Cr4+:YAG作为饱和吸收体和激光增益介质的被动Q开关Cr4+:YAG激光器腔内抽运的Cr4+:YAG激光器和单共振光学参变振荡器(SRO)的特性.建立了描述这类激光器和单共振光学参变振荡器的动力学特性的速率方程.结果表明,适当条件下作为激光增益介质的Cr4+:YAG同时具有对二阶非线性作用过程产生的处于Cr4+:YAG激光增益谱范围内的SRO信号波的放大作用.分析中考虑了Cr4+:YAG较高激发态和激光上能级之间的弛豫时间约为100ns的中间能级对Cr4+:YAG饱和吸收体和激光器以及ICSRO的影响.     

新型非平面多程激光放大器的理论研究

提出了一种基于双镜环行光路的新型非平面多程激光放大器,它具有结构简单、体积小、空间对称性好、调节容易、光通放大次数多的优点。信号光束在放大器腔内沿着立体环行的非平面空间对称路径多次通过激光介质被放大,可在小型激光介质中获得高功率的放大激光输出。对放大器腔内光路进行了理论建模和参量分析,给出了部分光路模式的模拟图,分析了光路损耗与功率放大;初步设计了基于Yb:YAG薄片和激光二极管(LD)端面抽运的全固态非平面多程薄片激光放大器,适用于高功率激光放大。     

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。     

新型Q开关晶体Cr4+:YAG的生长和被动调Q研究

本文工作采用二价Ca离子作为电荷补偿离子由提拉法生长出了具有高光学质量的调Q开关晶体Cr^4 :YAG。所生长的晶体在空气中退火（1450℃）50小时后，晶体的颜色明显加深，吸收光谱测量表明晶体中的Cr^4 离子浓度得到显著提高。在闪光灯泵浦的Nd:YAG激光器上对不同透过率、退火后的Cr^4 :YAG晶体进行了被动调Q实验。结果表明所生长出的Cr^4 :YAG晶体对Nd:YAG激光器具有很好的调Q作用。     

输出平均功率达200W的板状激光器

脉冲运转的“之”字形Nd:YAG板状激光器,在工作频率为50pps时,最高输出激光平均功率达230W。由于采用了“之”字形光路,使热畸变得到补偿,输出激光束的发散角得到改善,一般为3×4mrad。     

连续Nd:YAG激光器中Cr~(4 ):YAG被动调Q的稳定性和功率的提高

Ｃｒ４＋ＹＡＧ用于连续ＮｄＹＡＧ激光器被动调Ｑ，激光横模结构和纵模结构以及激光泵浦速率起伏等是引起调Ｑ不稳定的重要因素，运用一定的技术可以使调Ｑ稳定性得到根本性改善；此外应考虑Ｃｒ４＋ＹＡＧ热效应及光学薄膜的激光损伤     

Cr4+:YAG可调谐激光器研究

介绍了Cr4 :YAG晶体的结构和光谱特性,同时对Cr4 :YAG晶体的热透镜效应和热焦距进行了理论研究,进一步对Cr4 :YAG激光器的谐振腔进行了设计,可供以后的实验研究参考.     

LD泵浦Nd:YVO4晶体Cr4+:YAG被动调Q激光特性研究

考虑LD泵浦光强和腔内振荡光强的空间高斯分布以及晶体热效应的影响,给出了Nd：YVO4晶体Cr^4 ：YAG被动调Q1．06μm激光的耦合速率方程组,数值求解该方程组获得了输出激光的平均输出功率、脉冲宽度、重复率随泵浦功率的变化特性,其理论值与实验结果相符。     

高重频1.57μm内腔光学参量振荡器

理论分析了被动调Q固体激光泵浦的光参量振荡器。利用激光二极管泵浦,Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG激光泵浦的内腔光学参量振荡器,磷酸氧钛钾(KTP)晶体作为非线性晶体,获得了高重复频率,高峰值功率的人眼安全激光输出,改变Cr4+:YAG被动调Q晶体的参数,可获得不同重频不同脉宽的调Q激光脉冲;当Cr4+:YAG晶体初始透过率为 T0=80%时,获得了平均功率大于3.8 W,重频约80 kHz的1.572 μm波长信号光输出,脉宽30 ns,脉冲峰值功率达到1.58 kW。     

Cr^4＋：YAG极化特性对于小型IOPO输出性能的影响

Cr^4＋：YAG晶体在强场作用下具有各向异性的自极化特性,导致调Q激光具有偏振现象,这种现象与晶体的结构、谐振腔的调试情况和泵浦光的偏振特性有关。Cr^4＋：YAG晶体作为调Q元件应用于小型内腔式光参量振荡人眼安全激光器中,实验发现如果晶体角度位置不合是Cr^4＋：YAG自极化特性引起的,转动Cr^4＋：YAG晶体到最佳位置等措施有利于解决这一问题。     

百瓦级1 030 nm光纤-固体混合放大激光器

光纤-固体混合放大技术能够将光纤激光器和固体放大器的优势结合,获得结构紧凑、成本低廉的高功率超短脉冲激光。因此,实验设计了基于掺镱光纤-固体混合放大技术的高平均功率超短脉冲激光器。该激光器主要由全光纤结构激光器和两级固体放大器组成,第一级为基于Yb: YAG单晶光纤的固体放大器,第二级为基于无侧面抛光的棒状Yb: YAG晶体的主放大器。超短脉冲全光纤前端平均输出功率为6.5 W,重复频率52.9 MHz,脉冲宽度47.5 ps。第一级单晶光纤放大器采用单通放大形式,在反向泵浦功率182 W时获得40 W的平均功率。第二级固体放大器同样为单通放大,在反向泵浦功率307 W时获得平均功率122.9 W的超短脉冲激光输出,滤除热退偏激光后获得了107.3 W的线偏振超短脉冲激光,对应斜效率为26.1%。此时测得脉冲宽度为12.1 ps,中心波长为1 030.6 nm,光谱宽度为2.4 nm。在最大输出功率107.3 W时,测得水平和垂直方向的光束质量因子M_x2=1.45,M_y2=1.20。