2.794μm高重复频率Fe2+:ZnSe被动调Q激光器脉冲特性理论分析与实验研究

3μm波段被动调Q激光可饱和吸收体的损伤阈值较低，在高峰值功率、高重复频率条件下非常容易出现损伤。理论分析了可饱和吸收体的初始透过率和输出镜的反射率对被动调Q激光输出脉冲宽度的影响。采用两种具有不同初始透过率的Fe²⁺∶ZnSe晶体进行了氙灯泵浦的Er,Cr∶YSGG激光器被动调Q实验研究。结果表明，具有低初始透过率的可饱和吸收体能够获得较低的脉冲宽度，且具有高初始透过率的可饱和吸收体能够通过提高输出镜的反射率来压缩脉冲宽度，脉冲宽度与晶体棒直径无关，实验结果与理论结果吻合。通过优化腔内布局实现了高重复频率、高峰值功率的2.794μm被动调Q激光输出，激光器在60 Hz重复频率下分别获得了单脉冲能量4.7 mJ和7.0 mJ的调Q激光输出，脉冲宽度分别为97.0 ns和72.6 ns。研究结果为被动调Q激光器的设计提供了理论指导。     

被动Q调制Er∶Cr∶YSGG固体激光器

由于其3μm左右独特的激光波长,掺铒固体激光器(Er∶Cr∶YSGG激光器:λ=2.79μm;Er∶YAG激光器:λ=2.94μm)得到广泛的研究。通过采用在GaAs基底上生成的InAs薄膜作为被动调Q的饱和吸收体,实现了Er∶Cr∶YSGG激光Q调制输出。稳定的单脉冲调Q运转的抽运阈值为21J,最短脉冲宽度将近300ns,单脉冲运转能量可达20.3mJ。实验中所用的耦合输出镜均采用的是平-平的介质膜镜片,在2.79μm处的透射率为28%,全反镜是平-凹镀金镜片,曲率半径为2m,采用闪光灯抽运,脉冲宽度为150μs,激光工作频率为1Hz,激光增益介质为直径4mm,长度110mm的Er∶Cr…     

2.79 μm Cr,Er:YSGG固体激光器发展现状

2.79 μm激光器在医疗、非线性光学、军事等方面具有重要的应用价值,介绍了Cr,Er:YSGG晶体的物理、化学及激光特性,重点分析了2.79 μm Cr,Er:YSGG固体激光器的发展现状,以及存在的主要问题,阐述了其可能的发展前景。Cr,Er:YSGG激光器可以使用脉冲闪光灯或激光二极管泵浦,并使用电光、声光、被动调Q等方法调Q输出高峰值功率2.79 μm激光,二极管泵浦时激光器可以连续输出。Cr,Er:YSGG晶体的热导率低,泵浦过程中热透镜效应严重,因此,激光器不适合高重复频率工作,输出功率受到一定的限制。实现稳定可靠的2.79 μm调Q巨脉冲激光输出需要解决的关键技术是获得对2.79 μm激光吸收系数小,破坏阈值高的Q开关材料。     

基于声光调Q的高峰值功率全光纤脉冲激光器

报道了基于声光调Q的高峰值功率全光纤脉冲激光器,通过改变驱动信号,可获得不同特性的脉冲激光输出。当重复频率为10 kHz时,脉冲宽度在3~900 ns可调。在脉冲宽度为65 ns时,获得1.24 W的平均功率输出,单脉冲能量0.13 mJ,峰值功率2 kW。当重复频率为100 Hz时,可获得脉冲宽度为86 ns、平均功率84 mW的输出,单脉冲能量0.84 mJ,峰值功率10 kW。该激光器结构简单,可以通过调制方便地改变激光参数,可作为进一步放大、压缩脉冲和提高重复频率的种子源。     

被动Q调制Er:Cr:YSGG固体激光器

由于其3μm左右独特的激光波长，掺铒固体激光器（Er：Cr：YSGG激光器：λ=2．79μm；Er：YAG激光器：λ=2．94μm）得到广泛的研究。通过采用在GaAs基底上生成的InAs薄膜作为被动调Q的饱和吸收体，实现了Er：Cr：YSGG激光Q调制输出。稳定的单脉冲调Q运转的抽运阈值为21J，最短脉冲宽度将近300ns，单脉冲运转能量可达20．3mJ。     

2.79μm电光调Q Cr,Er:YSGG激光器北大核心CSCD

采用Cr, Er∶YSGG晶体作为激光增益介质,脉冲氙灯进行泵浦结合电光调Q技术,研制了2.79μm波段固体激光器。Cr, Er∶YSGG晶体中Cr^(3+)掺杂浓度为2 at.%,Er^(3+)离子掺杂浓度为30 at.%。电光晶体选用La_(3)Ga_(5)SIO_(14)(LGS)晶体作为退压调Q工作物质。分析讨论了Cr, Er∶YSGG晶体能级结构以及两种不同Cr^(3+)掺杂浓度对晶体激光性能的影响,谐振腔中输出镜透过率分别为T=70%、T=83%以及T=91%时单脉冲能量及斜效率的变化,并且利用软件模拟分析了晶体内的温度分布以及热透镜焦距随泵浦功率变化情况。结果表明,选用Cr^(3)掺杂浓度为2 at.%的Cr, Er∶YSGG晶体作为工作物质以及透过率为91%的蓝宝石作输出镜时能获得更高的输出能量及更好的光斑模式。当脉冲氙灯注入总能量为259 J,调Q延时设置为180μs,重复频率为5 Hz时,实现了最大单脉冲能量119 mJ的2.79μm激光的稳定输出,在此能量条件下测得脉冲宽度为68.65 ns,平均功率为0.595 W,斜率效率为0.11%。     

基于LiNbO3晶体电光调Q的Cr,Tm,Ho:YAG激光器输出特性分析

搭建了以布儒斯特角切割LiNbO3晶体作为电光调Q元件的Cr,Tm,Ho:YAG激光器,测量了静态时腔内LiNbO3晶体的放置角度对激光器输出能量以及偏振特性的影响。研究发现,当LiNbO3晶体以布儒斯特角放置时,Cr,Tm,Ho:YAG激光器效率最高,输出激光的p分量最大,线偏振特性最好,这对电光调Q是有利的。电光调Q时,测量了不同抽运电压下的输出能量、脉冲宽度及脉冲波形,当重复频率为2Hz时、脉冲能量为25mJ,最小脉宽达265ns,脉冲峰值功率达94.3kW,脉冲波形呈光滑的近高斯分布。     

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。     

1645 nm单频脉冲Er:YAG陶瓷激光器

设计和研制了1645 nm Er∶YAG单频脉冲激光器系统,采用注入种子技术和对称泵浦的双Er∶YAG陶瓷结构,当脉冲重复频率为200 Hz时,获得了最大平均脉冲能量为22.75 mJ、脉冲宽度为223.1 ns的单频调Q脉冲激光输出,x和y方向上的光束质量因子分别为1.16和1.15,0.5 h内单频脉冲的中心频率稳定性为578 kHz,激光脉冲输出能量的不稳定性小于0.5%。     

掺Yb3+全光纤环形腔主动调Q光纤激光器

报道了用976 nm激光二极管(LD)抽运掺Yb~(3 )增益光纤,用光纤耦合的声光调制器(AOM)实现全光纤环形腔主动调Q激光输出的实验研究。激光器的调制频率在200 Hz～60.9 kHz之间调节时获得稳定的调Q脉冲输出。当抽运光功率为183 mW,调制频率为500.2 Hz时,获得输出峰值功率为2.7 W,脉冲宽度为53.2 ns,单脉冲能量为145.5 nJ的激光脉冲,激光器的输出波长为1030 nm。当Q开关关闭时间较短时,从实验中观察到高低脉冲间隔输出的情况,利用调Q原理给出了相应解释。从实验和理论上分析了调制频率和抽运功率对激光器输出脉冲的影响,并进行了相应的计算,计算值和实验结果符合得较好。     

一种声光调Q窄脉宽小体积激光器

为了构建一种声光调Q的窄脉宽小型Nd:YVO₄激光器,从主动调Q速率方程出发,分析了抽运速率、重复频率、输出镜透过率对脉宽的影响。该激光器采用简单的平平腔设计,LD端面抽运高增益的Nd:YVO₄激光晶体,在谐振腔内插入一个微型的声光调Q开关,作用长度约为7mm,谐振腔腔长13mm,输出镜的透过率为70%。结果表明,在抽运功率为4.21W、重复频率20kHz时,获得了单脉冲能量20μJ、脉冲宽度1.65ns、峰值功率为12kW的1064nm激光输出。此结果说明,用微型声光调Q开关来构建短腔获得窄脉宽输出是一种切实可行的方案,且该器件还可以作为大功率激光器的种子源。     

掺镱包层光纤激光器的全光纤调Q技术

从理论和实验两方面对掺镱包层全光纤调Q激光器进行了研究.建立了相应的理论模型,根据调Q光纤激光器的速率方程理论,用基于"能量利用率与初始反转粒子数关系"求解剩余反转粒子数的新方法,得出了调Q光纤激光器的初始参数诸如抽运功率、纤芯直径、光纤长度、输出透过率等影响脉冲宽度和脉冲能量的规律,进一步明确了压缩脉冲宽度和提高脉冲能量的方法;优化了相关参数,为同类调Q光纤激光器的设计提供参考.实验用半导体激光器(LD)作为抽运源,增益光纤为D形双包层掺镱光纤.谐振腔高反端串接一个带尾纤的声光Q开关,实现了重复频率在10 Hz~100 kHz范围内可调声光调Q掺镱全光纤激光器的实验运转;在重复频率500 Hz时,脉冲宽度为3μs,脉冲能量达到2.94 mJ.     

LD泵浦Nd∶YVO_4/Cr∶YAG被动调Q绿光激光器

报道了一种 LD近贴泵浦、KTP晶体腔内倍频的 Nd∶ YVO4/Cr∶ YAG结构高重复频率被动调 Q绿光激光器。在注入泵浦功率为 75 0 m W时 ,得到平均功率 86m W、脉冲宽度2 6.6ns、重复频率 79.2 k Hz、峰值功率 41 .1 W的被动调 Q脉冲绿光输出     

高能电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器

研究了室温运转灯泵电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的激光输出特性。选用高损伤阈值的掺镁LN晶体作为调Q晶体,并采用λ/4波片和平面镜组合的方式对热退偏效应进行补偿,从而实现了室温下电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器大能量输出。在冷却水温为22℃,重复频率为1 Hz,泵浦能量为200 J的条件下,得到了单脉冲能量443 mJ,脉宽90 ns的调Q输出。理论分析了λ/4波片对热退偏效应的补偿效果,实验测量和分析了偏振片、LN晶体等调Q器件的插入损耗,并分析了激光器输出能量对重复频率的依赖现象。     

侧面抽运国产Nd∶YAG陶瓷棒的激光特性

实验研究了激光二极管阵列(LDA)侧向抽运国产Nd∶YAG陶瓷棒的准连续及被动调Q激光输出特性。该陶瓷激光器采用LDA侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构,陶瓷棒抽运区域长度为20 mm,其总尺寸为3 mm×35 mm,掺杂原子数分数为~1%。在千赫兹准连续运转条件下,当平-平谐振腔的输出耦合镜透过率为47.3%时,获得最大平均功率23 W的1064 nm激光输出,光束发散角为4.5 mrad,斜率效率达12%。在谐振腔内插入Cr4 ∶YAG晶体作为被动调Q开关,成功地实现了陶瓷激光器千赫兹重复频率调Q激光脉冲输出,当Cr4 ∶YAG晶体初始透过率为60%时,输出激光脉冲宽度(半峰全宽)可窄至14.5 ns,调Q动静比约为40%。     

毫秒激光器高频电光调Q技术

对连续激光器和脉冲激光器的理论进行了研究和分析,研制出毫秒量级宽脉冲Nd∶YAG激光器,其输出脉冲宽度为1～6ms,输出波长为1.064μm,能量为2～6J。利用电光效应,实现该激光器高重复频率电光调Q,调Q频率为1～5kHz,在每个宽脉冲中可以获得5～30个窄脉冲,每个窄脉冲宽度为30～50ns。通过调节泵浦电脉冲的脉冲宽度,可以调整宽脉冲Nd∶YAG激光器的输出能量和脉冲宽度。     

激光二极管抽运的高效高重复频率Nd∶YAG陶瓷激光器

研制了激光二极管(LD)抽运的高效高重复频率声光调QNd∶YAG陶瓷微型激光器件。激光器采用激光二极管纵向同轴抽运Nd∶YAG陶瓷得到1064nm近红外激光输出,采用熔融石英作声光介质,声光调Q重复频率1Hz～115kHz可调。使用2W的激光二极管抽运,获得脉冲宽度16.4ns,峰值功率2.46kW,单脉冲能量40.5μJ的稳定运转。在重复频率110kHz时获得495mW的平均功率,总光光转换效率达24.75%。研究了重复频率及抽运功率对声光调Q脉冲激光器性能的影响,并对实验结果进行了相应的分析讨论,在理论上加以合理的解释。     

受激布里渊散射主被动混合调Q光纤激光器

基于瑞利散射和受激布里渊散射(RS-SBS)的被动调Q掺铒光纤(EDF)激光器的输出脉冲序列具有重复频率低、脉宽窄、功率高的特点,适合光时域反射(OTDR)系统对脉冲光源的基本要求,但是输出的脉冲序列不够稳定。提出在被动调Q激光腔中插入声光调制器(AOM)构成主被动混合调Q激光器。实验结果证明,这种混合调Q的方法既保持了声光调制器主动调Q激光器输出脉冲序列重复频率低而且稳定的特点,又发挥了瑞利散射和受激布里渊散射被动调Q机制动态速度快、输出脉冲宽度窄的优势。在120~200 mW的抽运功率条件下,得到的脉冲序列重复频率从30 Hz~90 kHz连续可调,脉冲宽度最小可达20 ns,峰值功率最高可达200 W,脉冲重复频率稳定度优于5%,脉冲幅度起伏不大于10%。脉冲峰值功率和脉冲宽度受抽运功率的影响不大,但随着调制频率增加,脉冲峰值功率降低而脉冲宽度加宽。     

激光二极管抽运Nd∶YAG/Nd∶YVO_4共轴双晶体Cr∶YAG被动调Q激光器

报道了一种由激光二极管抽运的Nd∶YAG/Nd∶YVO4共轴双晶体的Cr∶YAG被动调Q激光器,利用这种方式相比于传统的Nd∶YAG/Cr∶YAG激光器提高了输出激光的偏振比,在非线性频率变换过程中得到了更高的转换效率,当抽运功率为10 W时获得了2.8 W的被动调Q 1064 nm激光输出,偏振比大于80∶1,激光重复频率为15 k Hz,脉冲宽度为7 ns,采用LBO作为非线性频率变换晶体,最终获得了223 m W的355 nm紫外激光输出。     

高光束质量窄纳秒脉宽Nd∶YVO4板条脉冲串激光器

提出了一种高光束质量、窄纳秒脉宽、高重复频率脉冲串输出的电光调Q激光器。通过优化键合Nd∶YVO₄板条晶体掺杂区域的纵横比，结合腔模的最佳设计，限制腔内的高阶模式振荡，获得了两方向相近的高光束质量激光输出。利用激光二极管侧面泵浦键合的Nd∶YVO₄板条晶体，采用电光调Q技术，研究了不同重复频率下1064 nm脉冲串激光的输出特性。在输出镜最佳透过率为40%、子脉冲调Q重复频率为80 kHz的条件下，获得了平均输出功率为5.03 W、子脉冲能量为0.50 mJ、子脉冲宽度为5.9 ns的脉冲串激光输出。在谐振腔内加入小孔光阑，获得了平均输出功率为2.56 W、子脉冲能量为0.26 mJ、子脉冲宽度为7.2 ns的脉冲串激光输出，对应的x和y方向的光束质量因子分别为1.42和1.49。