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。     

Cr4+:YAG被动调Q激光器脉冲波形数值模拟及优化

为了研究被动调Q激光器脉冲的波形对称特性,采用数值求解Nd:YAG晶体Cr4+:YAG被动调Q激光耦合速率方程组的方法,获得了激光脉冲的波形,绘制出了"脉冲对称因子"与饱和吸收体初始透过率和输出镜反射率的关系曲线图;并根据脉冲波形的不对称性,更精确地计算了脉冲宽度,及其与饱和吸收体初始透过率和输出镜反射率的关系.得到参数b=0.6时,脉冲波形对称;b=0.78时,脉宽最小的结论.结果表明,可以通过调整b参数来优化被动调Q脉冲波形对称性和脉宽.     

被动调Q激光器的主动控制技术

提出了一种对被动调Q激光器的主动控制技术．在普通的被动调Q激光器基础上外加一控制LD,控制LD的激光通过聚焦系统照射可饱和吸收体,影响饱和吸收体对被动调Q激光器的振荡激光的吸收系数,从而实现对被动调Q激光器工作状态的主动控制．通过控制该外加LD的开关时刻以及工作方式,可以精确控制被动调Q激光器输出激光脉冲的开始结束时刻以及脉冲重复频率．针对该新型激光器进行了理论讨论并给出了实验结果．与普通调Q激光器的工作性能相比,被主动控制的被动调Q激光器具有输出激光脉冲参数更稳定、工作状态可精确方便控制等优点,具有广阔应用前景。     

Cr4+:YAG小信号透射率对被动调Q激光脉冲的影响

根据被动调 Q 速率方程,研究了Cr4 :YAG 小信号透射率与腔内透镜反射率对输出激光的峰值功率、脉冲宽度和重复频率的影响.结合实验,给出了在被动调 Q 激光器设计中,一定抽运功率下,如何选择不同小信号透射率的可饱和吸收体与腔镜反射率,来满足输出激光脉冲在峰值功率、脉冲宽度和重复频率三方面的要求.     

LD泵浦的kHz,Er3+,Yb3+:glass被动调Q微片激光器

目前1.5m LD泵浦铒玻璃被动调Q微型激光器是军事激光测距的研究热点,获得较高的激光重复频率和单脉冲能量尤为重要。文中主要报道了一种应用于激光测距领域的铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微片激光器。激光器采用中心波长为940 nm的单管二极管为泵浦源,铒镱共掺磷酸盐玻璃（Er3+,Yb3+:glass）作为增益介质,CO2+:MgAl2O4（CO:MALO）作为可饱和吸收体。通过分析泵浦光斑半径对模式匹配影响,优化泵浦光斑半径,实验分析可饱和吸收体初始透过率T0和输出镜反射率R对输出激光参数影响,优化T0和R值。最终实验中采用增益预泵浦方式,实现重频1 kHz,单脉冲能量40 J,脉宽5.09 ns,峰值功率7.85 kW,光束质量M2=1.4,波长1 535 nm的稳定激光输出。     

掺铬镁橄榄石作为1.06μm激光可饱和吸收体的研究

采用Cr4 :Mg2SiO4作为可饱和吸收体,实现脉冲式平凸非稳腔Nd:YAG激光器的被动调Q运转,得到脉宽34ns、输出能量13.8mJ的激光脉冲。在合适的实验条件下,也观察到被动锁模现象。实验上比较了激光器的不同腔结构和参数对调Q激光脉冲宽度和能量的影响,并给予合理的理论解释。     

椭圆高斯分布半导体激光器泵浦被动调Q激光器的优化

在考虑泵浦光束和初始反转粒子数椭圆高斯分布的条件下，确定了新的调Q耦合速率方程。在椭圆高斯分布近似下，通过数值分析的方法针对脉冲能量进行优化，首次得到了归一化的脉冲能量和反射镜反射率等关键参数与无量纲变量z的关系曲线。文中以半导体激光器贴近端面泵浦，Cr4+:YAG作为饱和吸收体的Nd:YVO4被动调Q激光器为例进行了脉冲能量优化计算，在小信号透过率为75%，反射率91.8%时，对应最大脉冲能量1.5 J，峰值功率81 W，脉冲宽度18.4 ns。选用小信号透过率为73.4%的饱和吸收体和反射率为87%的反射镜进行实验验证，得到的脉冲能量为1.25 J，峰值功率为76.4 W，脉冲宽度为16.3 ns。理论计算与实验结果基本相符。     

基于SWNT可饱和吸收体结合Sagnac滤波的调Q掺铒光纤激光器

提出并搭建了一种基于单壁碳纳米管可饱和吸收体结合Sagnac环的被动调Q掺铒光纤激光器,对其输出激光特性进行实验研究。采用光沉积法制备了单壁碳纳米管可饱和吸收体,其透射率为75%。基于单壁碳纳米管的可饱和吸收特性,搭建调Q激光器,实现谐振腔Q值调节。将Sagnac环形滤波器插入光纤环形腔,Sagnac环结构产生的滤波效应可以对调Q脉冲实现精细度滤波,该激光器工作阈值为800 mW。当泵浦功率为830 mW时,激光器可实现稳定的1 530.4 nm激光输出,输出功率为12.3 mW,重复频率为210.7 kHz,对应的脉冲周期为4.76μs,脉冲宽度为2.19μs,其最大脉冲能量为58.37 nJ。     

利用GaAs作为饱和吸收体的被动调Q光子晶体光纤激光器

利用GaAs晶体作为可饱和吸收体, 实现了掺镱光子晶体光纤激光器的被动调Q输出。实验用掺杂光子晶体光纤的芯径为21 μm, 数值孔径为0.04, 在实现了大模场面积的同时, 保证了激光器的单模运转, 从而得到高光束质量的激光输出。实验使用高功率半导体激光器作为抽运源, 采用自行研制的耦合系统将抽运光耦合进入光子晶体光纤的包层中。在激光器平均输出功率为5.8 W时, 实验得到的最短输出激光脉冲为80 ns, 重复频率为6.7 kHz。     

基于可饱和吸收体MoS_2的固态Tm…YAG被动调Q激光器

报道了一种以二维材料MoS_2作为可饱和吸收体的全固态Tm…YAG被动调Q激光器。该激光器以785 nm窄线宽半导体激光器作为抽运源,采用平平腔设计,以MoS_2纳米片作为可饱和吸收体,实现了2μm波段的被动调Q运转。在吸收抽运功率达到2.02 W时,获得了最大平均输出功率为421 m W、最小脉冲宽度为423 ns、重复频率为49.36 k Hz、最大单脉冲能量为8.53μJ的脉冲激光输出。结果表明,MoS_2是一种可适用于2μm波段固态激光器的可饱和吸收体,为产生近红外波段的脉冲激光提供了一种新的方法。     

输出参数可调的微宝石激光器设计

从激光二极管泵浦Cr4 :YAG被动调Q微宝石激光器速率方程出发,分析了微宝石激光器输出参数(脉冲能量、峰值功率、脉宽、重复频率)的影响因素,计算表明在激光模块(包括激光晶体、调Q晶体、镀膜)已定的情况下,输出激光脉冲的脉宽也已定,而改变泵浦面积可以同时改变脉冲能量、峰值功率、重复频率,改变泵浦速率只改变脉冲重复频率.在此基础上对输出参数可调的微宝石激光器进行了概念设计.     

内腔倍频被动调QNd∶YVO_4/KTP激光特性的研究

实现了激光二极管(LD)抽运Nd∶YVO4/KTP,GaAs饱和吸收体被动调Q绿激光运转。测量了GaAs不同 厚度情况下的脉冲重复率、脉冲宽度、单脉冲能量及峰值功率随抽运功率的变化关系。在抽运功率3.22W下,300 μm厚的GaAs获得了381kHz的高重复率,53.2ns的脉冲宽度,0.18μJ的单脉冲能量。通过求解内腔倍频GaAs 调Q工作原理的耦合波方程组,所得的理论值与实验结果相符。     

GaAs双光子诱导光吸收对调Q激光器脉冲的影响

研究了利用GaAs的双光子诱导吸收实现调Q激光脉冲展宽的原理,分析了GaAs的光吸收特性,建立了激光器速率方程并给出了数值解。在实验上,将GaAs薄片放入一电光调QNdYAG激光器谐振腔中,同理论预测一样,激光输出脉冲的能量、峰值功率都低于常规调Q激光脉冲,同时脉冲宽度得到了展宽。     

Analytical model for design criteria of passively Q-switched lasers

A general and straightforward model was developed for the design of passively Q-switched lasers. With the second-threshold criterion and using a numerically fitting procedure, the output pulse energy was expressed as an analytical function of the initial transmission of the saturable absorber and the reflectivity of the output coupler. An analytical expression for the optimal output reflectivity was also obtained for maximizing the output pulse energy of a passively Q-switched laser with a given initial transmission of the saturable absorber. Excellent agreement was studied between the present results and detailed theoretical computations. A Nd:YAG laser with Cr⁴⁺ :YAG as a saturable absorber has illustrated the use of the present model     

LD抽运被动调Q Nd:YAG/GdV04内腔式喇曼激光器

为了研究LD抽运的被动调Q Nd:YAG/GdVO4内腔式喇曼激光器的输出特性,采用Nd:YAG作为激光介质,GdV04晶体作为喇曼介质,分别用两块不同初始透过率的Cr<'4+>:YAG晶体,得到并比较了采用不同初始透过率的Cr<'4+>:YAG晶体时被动调Q喇曼激光器的性能.测量了平均输出功率、脉冲宽度和脉冲重复率随...     

Effects of thermalization on Q-switched laser properties

The conventional rate equations for a Q-switched laser are augmented to explicitly include the effects of time- and level-dependent pumping, thermalization among the sublevels in the upper and lower multiplets, and multiplet relaxation in a homogeneously broadened four-level laser medium. To make the numerical computations more generally valid, we introduce a number of dimensionless variables. We show that the initial set of five coupled differential equations can be reduced to a simple set of two coupled equations for the inversion density and photon flux. Via numerical modeling, we have investigated the manner in which both thermalization and lower multiplet relaxation affect Nd:YAG laser characteristics such as output energy and temporal waveform. Our numerical results confirm earlier predictions that the Q-switched Nd:YAG laser output energy increases monotonically by a factor of 3.33 as one progresses from the assumption of slow to rapid thermalization and by an additional factor of 1.46 if one further assumes a terminal multiplet relaxation which is fast relative to the resonator photon decay time. We also find that the laser pulsewidth is substantially broadened when the resonator photon decay time is comparable to the thermalization, and to a lesser extent, the terminal multiplet relaxation times     

激光二极管抽运的被动调Q Nd∶GdVO_4激光器

利用激光二极管作为抽运源,分别用Cr4+∶YAG,GaAs和染料片作为饱和吸收体,研究了Nd∶GdVO4激光器的被动调Q特性。Nd∶GdVO4晶体尺寸为4mm×4mm×6mm,掺Nd浓度为1%。利用小信号透过率分别为91%和95%的Cr4+∶YAG,调Q的阈值分别为063W和057W;在抽运功率为369W时,分别得到了脉宽为64ns,80ns,脉冲能量为366μJ,341μJ,重复率为325kHz,378kHz的稳定调Q脉冲。利用580μm厚的GaAs调Q的阈值为039W,在抽运功率为369W时,得到了脉宽为78ns,脉冲能量为215μJ,重复率为366kHz的稳定调Q脉冲。利用初始透过率为70%的染料片调Q获得的脉冲最窄,但是其插入损耗大,抽运阈值高,输出也不稳定。     

声光调QCO_2激光器的动力学模型

利用六温度模型理论对声光调QCO2激光器的动力学过程进行了理论分析,并与速率方程理论计算的结果进行了比较,证明这两种理论在激光输出性能方面的计算结果基本一致。六温度模型理论模拟的脉冲激光波形有明显的拖尾,与实验结果更相符,且更全面地解释了激光器工作气体中不同分子能级间的能量转移过程。利用六温度模型模拟了输出功率作为输出镜透射率的函数曲线,得到了最佳输出镜透射率参数,其结果与实验相符。实验表明,输出窗口的透射率对激光输出性能影响明显,可通过优化输出镜透射率来改善激光器的输出性能。实验中获得的激光脉冲宽度为160 ns,峰值功率为4750 W。     

高单脉冲能量被动调Q锁模Tm,Ho: LLF激光器

报道了一种采用氧化石墨烯作为可饱和吸收体的二极管泵浦的被动调Q和调Q锁模运转的Tm, Ho: LLF激光器。采用透过率分别为3%、5%和9%的输出镜,首先研究了Tm, Ho: LLF激光器的连续运转特性。实验和模拟结果均表明采用透过率为9%的输出镜输出特性最好,当最大泵浦功率为20 W时,连续光输出功率高至1793 mW。接着以氧化石墨烯为饱和吸收体,采用透过率为9%的输出镜研究了Tm, Ho: LLF激光器的调Q和调Q锁模特性。实验表明:当790 nm LD泵浦功率小于7.26 W时,激光处于单纯调Q运转状态;当大于7.26 W时,激光器进入稳定的调Q锁模状态,当最大泵浦功率为20 W时,最大输出功率为1052 mW,锁模重复频率为53.19 MHz,对应的平均单脉冲能量为19.77 nJ,该单脉冲能量是目前2 μm锁模激光器的最高指标,同时证实了氧化石墨烯材料在大能量高功率激光锁模中是发展潜力优良的二维锁模材料。