26W中波红外固体激光器

阐述了一种获得高功率3~5μm中红外激光输出的实验方案,即先通过高功率1.94μm光源抽运Ho:YLF晶体,获得高重复频率2.05μm激光输出,通过端抽运放大方式,提升2.05μm激光功率水平,最终2.05μm激光抽运光参量振荡器(OPO)实现高功率中波激光输出。在水冷工作体制下获得了重复频率5 k Hz、最大功率26.9 W的中波输出,脉冲宽度为24.4 ns,2.05μm到3~5μm的光光转换效率达50%,通过角度调谐获得不同波长的中红外激光输出,验证了该实验方案作为一种获得高功率、高效率、高重复频率中红外激光输出工作方式的可行性。     

高重复频率电光调Q双波长激光器

高重复频率双波长激光器在远程激光测距、光电对抗、激光通信、激光雷达等领域具有重要的应用价值。为了获得高重复频率率双波长激光输出,首先通过高重复频率驱动电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,获得高功率、高重复频率、窄脉冲宽度的线偏振1.06μm激光输出。再利用内腔差频方式,对周期极化晶体钽酸锂(PPLT)进行差频变换,获得1.46μm和3.9μm双波段激光输出。在激光器电源抽运电流25A、调制频率10kHz时,实现40 W的1.06μm激光输出,泵浦PPLT晶体获得最高功率为2.6W的3.9μm和4.2 W的1.46μm激光,差频转换效率为17%。试验结果表明:通过高重复频率电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,可以实现高重复频率、窄脉冲宽度1.06μm光输出,泵浦PPLT可获3.9μm和1.46μm双波长激光输出。     

3～5μm固体激光器

概述了中红外激光器的应用背景,介绍了国外研究现状及发展趋势,提出了用固体办法实现中红外激光有效输出的技术途径和方案,对固体中红外激光输出所需要的2 μm激光泵浦源技术进行了探讨和方案比较,最终选用了OPO技术间接获得2μm激光的方案.以二极管泵浦1.06 μm激光为泵浦源,采用双谐振腔内KTP OPO的方式,进行了激光实验,实现了功率23.9 W的2 μm波长激光输出.在此2μm激光泵浦源基础上,提出了实现室温运转的中红外固体激光ZnGeP2 OPO的技术方案并进行了实验,最终成功实现中红外激光输出,在约5 kHz时,中红外激光输出功率4.09 W.     

国内首次实现瓦级全光纤中红外超连续谱光源

中红外超连续谱(SC)光源在工业过程控制、环境监测、生物医学等众多领域有着广泛的应用,是目前国内外的研究热点。在中红外SC产生的抽运源上,随着2μm波段脉冲激光的发展,用长波长脉冲源抽运软玻璃光纤产生超连续谱是中红外SC光源发展的一个新尝试。目前,2μm脉冲激光可经由掺铥光纤放大器实现高功率输出,经由2μm波段的     

MOPA结构的单频纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的单频脉冲光纤激光器。对线宽为20kHz、工作波长为1064nm的连续单频激光进行强度调制,得到了平均功率为0.5mW的单频脉冲种子激光。首先,采用三级掺Yb光纤放大器将种子激光进行预放大,获得了2.7W的平均功率。然后,以纤芯直径和内包层直径分别为30μm和250μm的双包层掺Yb光纤为主放大器,在抽运光功率为87.1W时,获得了重复频率为12MHz、脉宽约10ns、峰值功率为486.7W的单频脉冲激光输出,平均功率达58.4W。     

1.57 μm内腔式KTP光学参量振荡器

为了获得1.57μm人眼安全激光输出,采用了一种声光调Q激光二极管（LD）端面抽运的Nd ∶GdVO4全固态激光器作为抽运源的人眼安全波长内腔式KTP光学参量振荡器,获得1.57μm人眼安全激光输出。在注入泵浦功率为6.33 W,重复频率为15 kHz时,1.57μm激光平均输出功率达到405 mW,此时由二极管注入泵浦光至OPO信号光输出功率的转换效率达6.4％;在重复频率为5 kHz时,其脉冲宽度约为2 ns,峰值功率达18.9 kW。在重复频率为15 kHz时,信号光脉冲宽度比消耗后的泵浦光脉冲宽度压缩了13.6倍,比泵浦光脉冲压缩了16倍。实验发现1.57μm的OPO信号光输出功率随脉冲重复频率的增加而有效地增加,此类光参量振荡器有效地压缩了激光脉冲。     

中红外PPMgLN光参变振荡器技术研究

为了实现3.8μm激光输出,采用了1.064μm激光抽运周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体（MgO掺杂摩尔分数为0.05）的光参变振荡器技术,由理论分析得到1.064μm激光抽运PPMgLN实现激光输出时,输出波长与极化周期以及温度的关系曲线。实验中,当晶体周期为29.2μm、温度为400K时,实现了3.8μm激光输出;当抽运功率为35W、声光调Q频率为8kHz条件下,获得3.84μm激光输出的平均功率为3.9W,其转换效率为11.14%,激光光束质量为6.46。结果表明,该技术可以获得较高转换效率的3.8μm激光输出,有望成为中红外激光对抗的激光干扰源。     

LD端面抽运Nd∶YAG 1338 nm单波长激光器

通过LD端面抽运Nd∶YAG激光腔镜膜系的合理设计,抑制Nd∶YAG晶体最强跃迁对应的1064 nm波长和相邻的1319 nm波长的激光振荡,成功实现了1338 nm单波长激光输出。实验中对比了平平和平凹腔型,研究了连续运转和声光调Q模式下的激光输出。连续运转模式时,在12.9 W的抽运功率下,获得了最高3.25 W的1338 nm激光输出;声光调Q模式下,1338 nm激光的平均输出功率和脉冲宽度随着重复频率的减小而下降。在12.9 W的抽运功率下,当声光调Q重复频率从15 kHz减少到5 kHz,平均输出功率由2.8 W降低到1.9 W,对应的脉冲峰值功率由1.7 kW升高到5.4 kW。     

单端光纤耦合的声光调Q全光纤化光纤激光器

实现了一种单端光纤耦合的高重复频率、窄脉冲、窄线宽及高效率的主动声光调Q全光纤脉冲光纤激光器。该光纤激光器基于光纤光栅与平面镜组合而成的线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,采用激光二极管与(2+1)×1抽运耦合器形成后向抽运,并利用单端光纤耦合声光调制器(AOM)实现了全光纤化结构的脉冲掺镱双包层光纤激光器。调Q声光开关工作在一级方向,反向输出调Q脉冲,重复频率20～100kHz可调。在重复频率50kHz、抽运功率5.7W下系统获得了输出激光功率2.64W、单脉冲能量528μJ、脉宽56ns、峰值功率943W的稳定的高效率、窄线宽的窄脉冲,中心波长在1080nm左右,线宽为0.06nm,光-光转换效率高达46%。     

半导体可饱和吸收镜调Q的Yb:LSO激光器

报道了一个激光二极管（LD）抽运多波长连续输出的激光器和一个被动调Q的固体激光器。该激光器的增益材料是一种新型掺Yb^3＋的晶体Yb^3＋：Lu2SiO5（Yb^1LSO）。当吸收的抽运功率为2．57W时，连续输出的最大功率为490mW，斜率效率为22．2％，光-光转换效率为14．2％，激光阈值为299mW，输出激光波长为1084nm。多波长输出时，波长调谐范围为1034～1085nm。利用InGaAs可饱和吸收镜实现调Q输出时，斜率效率为3．0％，激光波长为1058nm。脉冲重复频率为25～39kHz，重复频率随着抽运功率的增加而增加。     

1kHz全光纤双程结构掺Yb3+脉冲光纤放大器

以1KHz低重复频率的脉冲激光为信号光源,实验研究了全光纤双程结构的脉冲光纤放大器.利用光纤声光调制器(AOM)滤除了放大过程产生的放大自发辐射光(ASE),并测量了该ASE功率;分析了低重复频率及双程结构对放大器输出特性的影响;研究了抽运光功率对输出脉冲宽度和脉冲峰值功率的影响.在注入信号激光波长1060nm、脉冲宽度10.2ns、峰值功率0.58W时,获得放大脉冲激光的脉冲宽度7.9ns、峰值功率245.2W,对应增益26.3dB.     

角抽运Nd∶YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器

报道了一种适合中小功率输出的全固态激光器的角抽运方法,抽运光从板条激光器中板条晶体的角部入射,可获得较高的抽运效率和较好的抽运均匀性。采用单角抽运方式,进行了角抽运Nd∶YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器的实验研究。激光腔采用紧凑型平平直腔结构,腔长仅为22 mm。当注入抽运功率为50.3 W时,1.1μm多波长激光连续输出功率最高达10.9 W,光光转换效率为21.7%,斜率效率为22%。当注入抽运功率为48 W时,1.1μm多波长激光连续输出功率短期不稳定性小于0.6%。     

LD抽运Cr~(4+),Nd~(3+)∶YAG晶体获得1.4W自调Q激光输出

用激光二极管 (LD)抽运Cr4 +,Nd3+∶YAG晶体获得了 1 0 6 4μm的自调 Q激光输出。激光输出模式为稳定的单纵模 ,抽运阈值功率为 3 5W ,脉冲宽度为 5 0ns,斜率效率高达 2 0 %。当输入的抽运功率为 10 8W时 ,获得了 1 46W的自调Q激光输出。随着抽运功率的变化 ,脉冲宽度基本上保持不变 ,而重复率则在变化。     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

半导体可饱和吸收镜调Q的Yb∶LSO激光器

报道了一个激光二极管(LD)抽运多波长连续输出的激光器和一个被动调Q的固体激光器。该激光器的增益材料是一种新型掺Yb3 的晶体Yb3 ∶Lu2SiO5(Yb∶LSO)。当吸收的抽运功率为2.57 W时,连续输出的最大功率为490 mW,斜率效率为22.2%,光-光转换效率为14.2%,激光阈值为299 mW,输出激光波长为1084 nm。多波长输出时,波长调谐范围为1034~1085 nm。利用InGaAs可饱和吸收镜实现调Q输出时,斜率效率为3.0%,激光波长为1058 nm。脉冲重复频率为25~39 kHz,重复频率随着抽运功率的增加而增加。     

可调谐掺铥光纤激光器共振抽运的Ho:YLF固体激光器

用包层抽运的宽带可调谐掺Tm光纤激光作为抽运源研究了Ho:YLF 2μm固体激光输出特性.利用光纤激光共振抽运固体激光增益介质的光纤-体块混合激光器技术可使得大部分热量产生于光纤中,体块激光介质中只有很少的量子亏损热,有效地降低了热产生,有利于实现高功率、高效率的2μm激光输出.研究了不同抽运波长下Ho:YLF激光的输出特性,并与激光晶体的吸收光谱进行对比,对最佳抽运波长与晶体吸收峰不一致的现象进行了分析.在最佳抽运波长下,当抽运功率为9.4 W时,得到5.3 W近衍射极限的TEM00模线偏振光输出,激光中心波长2066 nm,光束质量因子M2约为1.1,斜率效率达到70%.     

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。     

2μmTm,Ho∶YLF激光抽运ZnGeP_2光参量振荡技术研究

ZnGeP2晶体具有宽的透明范围(0.7～12μm),较大的非线性系数(d36=75pm/V),最高损伤阈值能量密 度为10J/cm2,较高的热导率(0.18W/(m·K)),因而非常适合作为高功率中红外光参量振荡器(OPO)晶体。理 论上分析了ZnGeP2光参量振荡器相位匹配特性,实现3～5μm连续调谐范围输出的Ⅰ类相位匹配角在52.5～ 55.2°之间。实验上,以15W光纤耦合激光二极管(LD)抽运的2.05μm高重复频率声光调QTm,Ho∶YLF激光 器作为抽运源,其最大平均功率4W,脉冲宽度小于40ns,脉冲重复频率100Hz～10kHz可调。为降低准三能级 系统激光器阈值,提高激光脉冲能量抽取效率,Tm,Ho∶YLF晶体采用液氮制冷方式,工作在77K温度条件下。 非线性频率转换晶体ZnGeP2长15mm,55.7°切割,光参量振荡器谐振腔为平平腔,腔长约20mm。在3.6W的抽 运功率下,脉冲重复频率10kHz,实现了4.1μm附近中红外激光输出,参量光脉冲宽度为20ns,平均输出功率为 0.7W,光 光转换效率为20%,抽运光阈值功率为0.65W。     

LD抽运高功率连续波1.34 μmNd∶GdVO4激光器研究

报道了利用光纤耦合大功率半导体激光器 (LD)抽运Nd∶GdVO4晶体 ,采用平凹谐振腔 ,输出 1 34μm波长的高功率连续波固体激光器。在抽运功率为 1 4 75W时 ,获得最大输出功率为 4 6 2W ,光 光转换效率为 31 3% ,斜率效率达 32 9%。利用实验测得的阈值抽运功率和斜率效率 ,计算了Nd∶GdVO4晶体在 1 34μm波长处的受激发射截面     

正分支共焦非稳腔的脉冲固体激光器研究

为了获得高光束质量中红外激光抽运源,采用正分支共焦非稳腔设计Nd:YAG脉冲固体激光器。在考虑晶体热效应情况下,对其腔型参量进行了数值模拟和试验验证,获得重复频率10Hz、脉冲宽度9.7ns、单脉冲能量260mJ、光束参量积3.5mmmrad的激光输出。该激光经放大后抽运MgO:LiNbO3晶体,实现波长3.85m、脉冲宽度8ns、单脉冲能量104mJ的激光输出,光光转换效率为12.5%。结果表明,该抽运源光束质量满足高峰值功率中红外光参变振荡激光器使用要求,为光电对抗领域的应用奠定了技术基础。