1342nm激光输出的LD端面抽运Nd:YVO4激光器

研究大功率激光二极管端面抽运的Nd:YVO4连续波1342nm激光器的输出特性.实验结果表明,小功率抽运时,激光器的输出功率基本随抽运功率线性增加;当抽运功率超过一定值时,斜率效率下降,对于长腔斜率效率下降更为明显,甚至出现输出功率降低.通过对晶体中的振荡激光基模半径和热致衍射损耗计算得出:高抽运功率下,热效应影响了激光器的输出功率,为了获得最大的输出功率,激光晶体内不考虑热效应时的基模半径与抽运激光光束尺寸的比值ω/ωp在0.8～0.9之间最佳,而且抽运功率越大,比值越小.理论分析与实验结果基本一致.     

双端抽运双Nd:YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器。通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔。在双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%。结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性。     

双端抽运双Nd∶YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器.通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔.在双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56 W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%.结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性.     

纵向抽运准三能级Yb:YAG激光器的理论模型及实验研究

在激光谐振腔中,边缘冷却的激光晶体中存在着温度梯度分布,从而使激光晶体等效为一个热透镜.热透镜效应对固体激光器的性能影响很大.由于热透镜效应,振荡光光斑半径会随抽运光功率及激光谐振腔腔型结构的变化而变化,这将影响输出光功率的大小.在考虑振荡光光斑半径随抽运光功率及谐振腔变化的情况下给出了速率方程的表达式,并采用数值方法求解.由理论分析可知,输出光功率与抽运光功率及谐振腔腔型结构有关.在相同的抽运功率下,腔型不同输出光功率不同.采用930 nm纵向抽运,发射光波长1030 nm的准三能级Yb∶YAG晶体在三种不同腔型结构下进行实验,实验结果表明腔型结构对激光输出功率影响很大.实验结果与模拟符合较好.     

LD端面抽运1.1x μm全固态连续拉曼激光器

报道了采用LD端面抽运的BaWO4晶体内腔式连续拉曼激光器和复合YVO4晶体连续自拉曼激光器的实验研究。考虑了激光晶体的热效应,采用等效G参数法计算了谐振腔内的腔模参数,从谐振腔结构、泵浦光斑大小以及晶体的选择方面对激光器系统进行了优化设计,对不同腔结构的全固态连续拉曼激光器的性能进行了研究。选用拉曼增益高、热性能较好的BaWO4晶体作为拉曼介质,实现了LD端面泵浦Nd:YVO4/BaWO4内腔式、低阈值、高效率和高功率的拉曼激光在1 180nm的连续运转。在25.5 W的泵浦功率下,获得了3.36W的1 180nm连续拉曼光输出,光光转换效率为13.2%,斜效率为15.3%,拉曼阈值为3.6 W。通过选用复合晶体作为自拉曼介质使连续拉曼激光器的热效应显著改善,实现了LD端面泵浦连续自拉曼激光器在1 175nm的高效运转。在25.5W的泵浦功率下,获得了最高3.4W的1 175nm连续拉曼光输出,光-光转换效率为13.3%,拉曼阈值降低至2.21W,斜效率为14.6%。     

输出功率为21.5W的单端抽运Nd:YVO4/LBO单频激光器

采用中心波长为888nm的激光二极管作为抽运源,减轻了Nd:YVO4晶体中的热效应。通过合理的谐振腔设计,扩大激光晶体处的基模尺寸和振荡光在凹面腔镜处的入射角,减轻了激光晶体内部的热效应和谐振腔像散,提高了激光器的输出功率。采用四镜环形腔选模的办法,获得稳定的高功率单频激光输出。在吸收的抽运功率为67.5W时,实现了最高功率为21.5W的532nm单频激光输出,其8h功率稳定性优于±1%,光束质量M2<1.1,光-光转换效率为31.9%。     

热效应对三向侧面泵浦DPL中TEM00模输出功率的影响

以三向侧面泵浦时晶体内泵浦光强分布为基础 ,数值计算了三向侧面泵浦DPL中热效应引起的热致衍射损耗随泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径的变化规律。进一步讨论了热效应存在时的泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径对TEM0 0 模输出功率的影响。从计算结果看出 ,热致衍射损耗使输出功率明显降低。泵浦功率、腔膜束腰半径和泵浦光束腰半径对输出功率都有不同程度的影响。文中还用小孔光阑选TEM0 0 模 ,进行了输出功率随泵浦功率变化的实验 ,实验结果与数值计算结果非常接近。     

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。     

计算"Top-hat"端面抽运晶体热透镜焦距的改进方法

在激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器中,热效应是设计中必须考虑的重要参量之一。研究激光工作物质内热效应的最方便的方法是等效热透镜(TL)法。前人给出的公式算出的热透镜焦距比实验值小。针对“Top-hat”抽运光,在找出了导致计算值与实验值差距的原因后,给出了能够得出更为精确热透镜焦距值的改进方法,并进行了数值计算,根据计算结果给出了拟合方程。研究结果显示,热透镜焦距不仅仅是抽运功率的函数,还是激光半径与抽运光半径比的函数,并且在激光和抽运光半径大致相当的时候,热透镜焦距大约是原来公式计算值的1.6倍。在相同的抽运条件下,热效应造成的衍射损耗同用原来热透镜焦距计算的结果相比要小很多,同样和激光半径、抽运光半径有关。实验证明新理论比旧理论更接近实验结果。     

耦合系统的成像质量对端面抽运固体激光器的影响

耦合光学系统是端面抽运固体激光器中不可缺少的部分,其成像质量的优劣直接影响到激光器转换效率的高低.以激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4/LBO 457 nm蓝光激光器为例,分别采用两种不同结构的准直聚焦透镜组合作为耦合光学系统,分析其对抽运光的成像情况以及对端面抽运固体激光器光束质量和输出功率的影响,在激光器的抽运功率和谐振腔的参数完全相同的情况下,改进的四片式耦合光学系统使激光器输出的光束质量得到了明显改善,同时极大地提高了倍频输出功率,在30 W的抽运功率下,得到了4.3 W的连续457 nm蓝光激光输出,光-光转换效率达到13.7%.     

棱边倒角面抽运热键合平板波导固体激光器

采用晶体热键合方法加工制作了YAG/Nd:YAG/YAG单包层平板波导,波导晶体几何尺寸为12 mm×5 mm×1 mm,其中中心掺杂层Nd:YAG厚度约为0.2 mm,对称外包层YAG厚度约为0.4 mm。采用一种新的抽运方法—棱边倒角面抽运方法对晶体进行抽运:波导晶体的一条12 mm长棱边加工成大小为12 mm×0.3 mm的倒角面,快轴准直抽运激光二极管(LD)发出的抽运光经聚焦后从倒角面入射进入晶体,抽运吸收效率约为82%。激光器谐振腔采用平-平腔,其中全反镜直接在波导晶体端面镀高反膜实现,输出镜尽可能靠近晶体另一端面,腔长约12mm。当输出镜透射率为6.6%,激光二极管抽运光功率约为49.5 W时,得到输出激光功率13.6 W,光-光转换效率约27.5%,导波方向光束质量M2因子1.9。激光器实现了较高的光-光转换效率和较好的导波方向光束质量。     

激光二极管抽运Nd∶GdVO_4微片激光器

报道了一种新型激光二极管(LD)端面抽运Nd∶GdVO4微片激光器,测量了抽运输入功率与激光输出功率的关系,激光阈值功率为83 mW,在2 W的抽运功率下得到860 mW的1.064μm基横模连续激光输出,光-光转换效率为43%,最大斜度效率达到47%。     

低功率激光二极管抽运的室温运转Yb:YAG激光器

报道了低功率激光二极管(LD)抽运的1030nm Yb:YAG全固态激光器。由于Yb:YAG为准三能级结构,自吸收损耗大,振荡阈值高,因此采用双路偏振耦合系统增加注入功率密度,并通过降低晶体掺杂浓度,选取合适晶体厚度,用半导体制冷器(TEC)有效制冷,在线性腔中实现了1030nm波长稳定输出。Yb:YAG晶体Yb离子掺杂原子数分数为8%,几何尺寸为11mm×0.7mm,晶体面对输出镜一端镀940nm高反膜,使未被吸收的抽运光反射回去,再次抽运晶体,从而提高了抽运光的利用效率,当注入功率为2W时,1030nm输出功率为192.8mW,光-光转换效率为9.6%,2h内稳定度小于3.5%。     

激光二极管端面抽运Tm:YAG激光器

研究了输出波长为2.018μm的激光二极管(LD)抽运Tm∶YAG激光器。通过准三能级系统的速率方程,分析了激光系统的抽运阈值和斜率效率。同时,利用ABCD矩阵分析了平凹腔和双凹腔的腔型稳定条件和模式匹配情况。实验时采用785 nm的光纤耦合半导体激光器为抽运源,当采用平凹直腔,Tm∶YAG晶体为5℃时,获得了4.04 W的连续激光输出,激光器斜率效率为35.4%,光-光转换效率为26.4%。实验比较了不同晶体温度下Tm∶YAG激光器的阈值、功率和效率。实验结果与理论分析基本吻合。此外,还研究了激光器腔型对激光输出功率和效率的影响。     

1.1 W连续输出473 nm全固态蓝光激光器

报道了光纤耦合激光二极管端面抽运Nd：YAG晶体，I类临界相位匹配LBO腔内倍频的473nm全固态蓝光激光器。通过对准三能级系统进行分析，采用国产普通Nd：YAG晶体棒作为工作物质。将热效应因素考虑在内，设计出对热效应不敏感的短三镜折叠腔，通过改善致冷条件，在14W的抽运功率下获得了1．1W TEM00模连续473nm蓝光输出，光-光转换效率达7．9％。阈值仅为2W。讨沦了获得更高输出功率的可能性。     

高功率激光二极管端面抽运复合晶体激光器的研究

在高功率激光二极管抽运固体激光器中,热效应已成为获得高输出功率和高光束质量的最大阻碍因素.用有限元方法研究了高功率激光二极管端面抽运Nd∶YVO4激光器中热透镜分布规律,提出了用复合晶体消除热透镜效应的方法.研究表明在端面抽运的传统单一Nd∶YVO4晶体激光器中,由于抽运功率密度很高,热透镜效应非常严重,由端面变形而造成的热透镜效应约占整个热透镜效应的50%;而采用复合晶体能够很好地消除由端面变形而造成的热透镜效应,同时得到很好的冷却效果,获得比采用传统单一晶体高出许多的基模输出功率和更好的光束质量.实验证明,采用复合结构晶体在23 W的抽运功率水平下得到了11 W的基模输出功率,光束质量因子M2 <1 5,光光转换效率达到48%.     

激光晶体热效应的阶梯泵浦技术

针对大功率固体激光器热效应纵向分布不均匀,提出分散热效应思路。根据激光晶体的吸收系数和掺杂浓度的关系设计了阶梯泵浦技术。以LD端面泵浦Nd：YAG固体激光器为例,讨论了激光晶体的最佳分段数、每段晶体的最佳掺杂浓度和最佳长度,仿真分析了热效应的改善情况。结果表明,阶梯泵浦技术能有效降低激光晶体的温度,使泵浦光的吸收功率密度分布、热效应沿轴向分布更均匀。     

激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2因子约为12×13。     

机载测深激光雷达千赫兹全固态激光器设计及特性研究

将千赫兹高功率全固态Nd：YAG激光器的增益介质当作厚透镜处理，使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析。采用多条半导体激光列阵侧向紧凑抽运结构设计，提高了增益介质光抽运的均匀性。根据实际抽运功率，通过模拟计算，设计了平凸非稳腔。选择的凸面全反镜的最佳曲率半径有效地补偿了增益介质热透镜效应，激光器实现了动态稳腔运转，激光脉冲能量输出斜度效率大于13％，光束发散角优于1.3mrad。     

改进的F-P腔大功率掺Yb3 双包层光纤激光器

讨论丁一种改进的F-P腔结构高功率掺Yb^3＋双包层光纤激光器。实验表明，此种结构的系统光-光转换效率与传统FP腔结构掺Yb^3＋双包层光纤激光器相比没有明显Ⅸ别，而抗高功率热损伤有明显提高。获得了1．06μm、50W连续激光输出，无明显的热光问题、双色镜表面损伤和斜率效率下降等，斜率效率为80．2％，整个系统的光光转化效率为31．9％。