大功率LD端抽运固体激光器谐振腔的研究

提出一种新方法在谐振腔内加入补偿透镜的方法,可消除热透镜效应的不利影响,从根本上解决纵向抽运的大功率化问题,并从理论上进行了系统的分析和实验上进行了验证. 对于端抽运二镜直谐振腔,目前均采用平凹腔,但平凹腔输出发散角较大.在腔内加入补偿透镜后,改用平行平面腔,可获得更小的输出发散角. 对于四透镜折叠谐振腔,通常腔长较长,当大功率LD端抽运时由于热效应的影响,根本无激光输出.但在腔内加入补偿透镜后,则很容易出光.实验上,用连续功率12 W的LD端抽运时,在腔长1.5 m情况下,获得1.14 W激光输出,转换效率近10%.(OC16)     

LD抽运YLF100mJ系统

高功率二极管抽运YLF系统采用近场注入、近场输出的离轴双程放大结构,激光头采用微透镜准直LD发出的抽运光,Lensduct汇聚抽运光,并利用匀束器改善抽运光的空间分布,达到对YLF均匀抽运. 对该系统进行了模拟计算,表明系统在注入能量为22 μJ时,输出为180 mJ,系统的净增益约为3000倍,光束畸变很小. 实验研究得知:对激光头单独研究表明,微透镜将LD快轴方向的抽运光由超过40°准直为10°以下,lensduct的耦合效率达到75%,其光-光转换效率为24%;系统的静态损耗为45%,系统的单通增益为9,净增益为3600倍,在注入能量为40 μJ时,输出能量为近150 mJ.(OC18)     

抽运系统参数对全固态激光输出特性的影响

为了优化全固态激光的抽运系统,研究抽运系统参数对激光输出特性的影响。以半导体激光端面抽运Nd∶YVO4晶体的全固体激光器设计为例,实验对比了采用不同波长（880 nm和808 nm）和不同光纤芯径（100 μm和200 μm）的半导体激光抽运源对激光输出功率、效率和光束质量等特性参数的影响。结果表明采用880 nm直接抽运技术结合采用小光纤芯径长焦深的抽运系统,可减少斯托克斯光子亏损,实现抽运光模式和激光腔模式的匹配来提高效率和激光输出光束质量。     

高效激光二极管侧面抽运Nd:YAG模块

提出了定量表征激光棒内吸收抽运光分布均匀性特征参量--吸收抽运光分布均方根偏差相对值,利用该参量以及自行编制的光线追迹程序,定量分析了五向侧面抽运Nd:YAG模块内吸收抽运光分布均匀性及耦合吸收效率随激光二极管(LD)Bar条与Nd:YAG棒表面间距的变化规律,确定了侧面抽运模块优化结构参数;在此基础上研制了抽运频率为100 Hz,占空比为2%的侧面抽运Nd:YAG模块,其808 nm最大平均抽运功率为200 W,1064 nm短腔最大输出功率为95 w,光-光转换效率为47.5%.     

激光二极管抽运Cr^4＋：YAG被动调Q Nd：YVO4激光器的实验研究

对激光二极管(LD)抽运的Cr^4 ：YAG被动调Q Nd：YVO4全固态激光器进行了实验研究。着重研究了抽运功率，Cr^4 ：YAG晶体的初始透过率及其在激光腔中的位置等因素对激光器输出脉冲宽度和重复频率等性能的影响，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。     

列阵半导体激光侧面抽运研究

目前国内外在半导体抽运激光器中有多种侧面抽运方案,如多管四周均布,三管1200均布等方案,这些抽运方案虽成像较好,但结构复杂,成本高,抽运效率却无明显提高.本文采用双LD列阵侧面垂直径向入射抽运方案.本方案中所用准连续列阵半导体激光器长4 cm,发射线宽1 μm,垂直于结方向发散角近似400,平行于结方向发散角接近100,配合Nd∶YAG激光晶体棒选择合适几何尺寸的柱面镜,并充分利用LD列阵400的发散角,使每个LD列阵发出的抽运光以900会聚径向入射到Nd∶YAG激光晶体棒内,并沿同一径向使抽运光全反入射到晶体内.由于抽运光是沿Nd∶YAG激光晶体棒径向入射,降低了晶体棒表面反射损耗,在晶体内沿每一径向有抽运光通过,抽运光在晶体内分布比较均匀,并充满了整个晶体.同时在腔体表面镀有对808 nm抽运光高透和全反膜,增加入射抽运光透射率和回程抽运光反射率.因此整个装置结构简单,损耗小,抽运效率高.经实验测试,在高重复率电光调谐激光器中,静态激光输出转换效率25%,动态激光输出转换效率15%,输出低阶模.可以看出该列阵半导体激光侧面垂直抽运体积和模体积交叠较好,整个激光器具有结构紧凑,体积小,抽运效率高等优点.该侧面抽运方式具有良好的应用前景.(PC3)     

反应堆抽运Xe激光多折腔研究

针对反应堆抽运激光(RPL),介绍了一类具有多折光路、与反应堆有较高耦合效率的谐振腔。在俘获放能介质于腔内均匀分布的情况下,给出了激光器的匹配设计要素和裂变反应能在腔内的沉积,提供了该腔型耦合优化的模拟方法,为较大规模的RPL实验提供了理论依据。     

LD包层抽运光纤激光器抽运方式的理论分析

本文通过数值分析研究了LD抽运方式对双以光纤激光器增益特性及光纤内功率分布的影响,结果表明,两端抽运可以显著降低光纤注入端的功率密度,同时能够保证光纤人功率和增益分布的均匀性,对于高功率光纤激光器是较好的选择。     

半导体双端抽运三程折叠谐振腔板条激光器

为了获得简单紧凑的固体激光器,采用半导体端面抽运三程折叠谐振腔板条激光器,建立了热透镜等效腔模型,进行了等效腔稳定性及腔内基模光斑半径的仿真分析,将新型结构与平-平腔结构进行了比对性实验研究。结果表明,在三程折叠腔长为170mm时,获得了21W的1064nm激光功率输出,光光转换效率为16.4%,斜效率为25%,水平和竖直方向上的M2因子分别为10.8和2.76。同等条件下,水平方向上M2因子从平-平腔的152.7优化到三程折叠腔的10.8;输出光斑水平方向尺寸由平-平腔的10.8mm压缩到三程折叠腔的4.1mm,验证了结构简单紧凑的端面抽运三程折叠谐振腔激光器光束的输出能力。该研究对获得腔内调Q和腔内倍频532nm激光器有实际意义。     

离轴抽运对模式增益和光束质量的影响

在激光二极管端面抽运固体激光器中,抽运光轴线与几何腔轴之间存在一定的偏离,使基模振荡光轴线相对几何腔轴也有一定的偏离,影响激光器性能.引入偏离因子来描述抽运光轴线的偏离量和抽运功率对振荡光偏离量的影响,对模式增益和光束质量随偏离因子的变化规律做了理论分析和模拟,并以光纤耦合半导体激光器端面抽运Nd:YAG固体激光器进行了相应实验.理论与实验结果表明:在抽运功率一定时,抽运光的偏离量越小,偏离因子越小,则低阶模模式增益越大,在模式竞争中占据优势,输出激光的光束质量越好.因此,要获得高增益和光束质量较好的低阶模输出,除保证恰当的谐振腔结构外,控制抽运光的形状和偏离量也是一个重要的手段.     

光纤激光器时域瞬态特性的理论与实验研究

对掺铒光纤激光器的时域瞬态特性进行了理论与实验研究.理论模型从激光器的基本速率方程出发,通过求解增益光纤中的功率传输方程,得到激光器的时域输出结果.数值模拟了脉冲泵浦注入后激光器的瞬态特性,分析了激光器时域输出特性随泵浦功率及腔内损耗的变化规律.实验中采用上下沿功率均可调的方波泵浦掺铒光纤,通过可变光衰减器调解腔内损耗,观察激光器驰豫振荡特性,研究了激光建立的延迟时间与泵浦功率及腔损耗的关系.数值模拟与实验结果一致.     

自调Q掺铒光纤激光器动态特性研究

为了研究自调Q掺铒光纤激光器输出动态特性,采用搭建全光纤结构的线形腔和环形腔自调Q掺铒光纤激光器进行了理论分析和实验验证。实验中,当抽运功率达到起振阈值后,随着抽运功率的增加,用示波器观察输出激光,线形腔输出激光依次经历了连续波、自调Q两种运行状态,由于抽运功率的限制,未能再次出现连续波运行状态,而环形腔输出激光则先经历了自调Q运行状态,然后是连续波运行状态;线形腔在抽运功率21mW~190mW的范围内,可获得脉冲宽度8s ~100s范围内可调、重复频率2.5kHz~54kHz范围内可调的自调Q脉冲;环形腔在抽运功率为16.2mW~110mW时,可获得的脉冲宽度在165s左右。结果表明,自调Q掺铒光纤激光器因腔结构的不同,输出激光动态特性也不同;线形腔和环形腔均有自调Q脉冲输出,但线形腔自调Q范围更大。     

掺钛蓝宝石激光器的增益开关特性研究

实验研究了调QNd:YAG激光器泵浦的增益开关型掺钛蓝宝石激光器的时间特性,泵浦能量水平(泵浦能量/阈值能量)变化范围为2.1～3.8,腔长变化范围为20cm～60cm,并改变了腔的损耗。根据增益开关激光器时间特性的理论,激光脉冲的建立时间和其脉冲宽度取决于泵浦能量水平和腔长,并与腔损耗成反比,而与泵浦脉宽和波形无关,实验结果与理论分析相符。当用10ns脉宽的激光脉冲泵浦时,在20cm短腔长情况下获得了比泵浦光脉宽窄的仅4ns脉宽的激光脉冲。     

环形掺Er3+光纤激光器输出特性分析与实验研究

理论分析了掺Er3+光纤环形腔激光器的输出特性，获得了稳态条件下激光器输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率的解析表达式，分析了泵浦光波长、泵浦功率、Er3+光纤掺杂浓度、输出端耦合器分光比等的影响，推导了在特定输出波长处获得最大输出功率所需最佳掺Er3+光纤长度的解析表达式。进行了LD泵浦掺Er3+光纤环形腔激光器的实验工作，获得了斜率效率10%以上的激光输出。     

环形掺Er3+光纤激光器输出特性分析与实验研究

理论分析了掺Er^3＋光纤环形腔激光器的输出特性，获得了稳态条件下激光器输出功率、阔值泵浦功率和斜率效率的解析表达式．分析了泵浦光波长、泵浦功率、Er^3＋光纤掺杂浓度、输出端耦合器分光比等的影响，推导了在特定输出波长处获得最大输出功率所需最佳掺Er^3＋光纤长度的解析表达式。进行了LD泵浦掺Er^3＋光纤环形腔激光器的实验工作，获得了斜率效率10％以上的激光输出。     

泵浦波长对掺Yb3+双包层光纤激光器的影响

通过求解速率方程，得到了线形腔掺Yb^3 双包层光纤激光器输出光功率、泵浦阈值、斜率效率的表达式，分析了泵浦波长对激光器性能的影响。采用线形腔结构，研制了掺Yb^3 双包层光纤激光器，用不同波长的半导体激光器列阵做泵浦源进行了实验研究，理论与实验基本吻合。     

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。     

Laser mirror by degenerate four-wave mixing in a saturable amplifier

A phase conjugate mirror by degenerate four-wave mixing in a saturable gain medium has been successfully operated in a pulsed laser cavity. This mirror works with low-intensity pump beams when they are resonant with the nonlinear medium. The pump beams can thus be delivered by a continuous-wave, frequency stable laser of low power. In such a device, the pulsed laser emission displays automatic frequency locking to the pump waves without cavity length stabilization.     

掺Yb~(3+)光纤环形腔与直腔激光器的比较研究

对带尾纤半导体激光器 (LD)抽运的掺Yb3 + 光纤环形腔与直腔激光器进行了比较研究。改变腔结构 ,则激光输出波长改变。环形腔激光器具有较低的腔损耗及阈值 ,而直腔激光器输出激光则有更窄的光谱半功率宽度(FWHM )。     

Analysis of a dynamical procedure on diode-end-pumped solid-statelasers

For solid-state lasers, we have determined that the overlap integrals V_th, related to the threshold pump power, and V_slope, related to the laser slope efficiency, dynamically change with pump power. The increase of diffraction loss is also caused by the dynamical change of the laser mode size, which alters the Fresnel number of the cavity. Subsequently, the threshold pump power and the laser slope efficiency also change dynamically. The dramatic increase of the laser mode radius at the laser crystal and the sudden decrease of the laser mode radius at the output mirror when operating near the stability limit make the laser output suddenly drop. A longer cavity will have a larger threshold pump power and a smaller total output power