Highly efficient high-repetition-rate tunable all-solid-state optical parametric oscillator

A compact highly efficient intracavity optical parametric oscillator (OPO) is demonstrated by placing an OPO cavity in a diode-pumped Q-switched Nd:YLF laser. By taking into account the thermal and energy upconversion transfer effects of Nd:YLF, a power scaling model is set up to optimize and design a fundamental mode diode-pumped Nd:YLF laser. The linearly polarized Nd:YLF laser in the 1053-nm line generates 6.5, 9.2, and 11.9 W average power in TEM/sub 00/ mode at the repetition rates of 1, 2, and 4.5 kHz, respectively. A highly efficient OPO signal output is realized by using an optimized cavity design. We obtain OPO average signal powers of more than 1 W over a broadband continuous tuning range from 1650 to 2100 nm at the repetition rate of 1 kHz. The OPO signal pulsewidth is 10 ns at 1 kHz. Signal energies of 2.5, 1.55, and 0.67 mJ per pulse are produced at the repetition rates of 1, 2, and 4.5 kHz, respectively. The maximum OPO signal energy of 2.5 mJ per pulse is obtained at 1900 nm, where the pump energy is 6 mJ per pulse and the pump-to-signal efficiency is 42%. A maximum average signal power of 4.1 W is generated at 3.5 kHz.     

LD端面抽运Nd:YAP 腔内RTP-OPO1.65μm激光研究

报道了基于非临界相位匹配磷酸钛氧铷晶体(RTP)的光参量振荡激光性能研究。采用激光二极管端面抽运Nd:YAP激光晶体,组成内腔式RTP-OPO系统,对比了在不同声光调Q重复频率下的信号光输出特性。在20 kHz重复频率和13.1 W的抽运入射功率下,获得平均功率1.1 W的1.65 m人眼安全激光的输出,光-光转化效率为8.4%;在重复频率为5 kHz时,获得了最窄脉4.4 ns,最高单脉冲峰值功率30.8 kW。结果表明,基于RTP晶体的OPO变频是获得1.6 m波段激光的一种有效新途径。     

LD抽运声光调Q高重复频率短脉宽Nd:YVO4激光器

报道了利用半导体激光器(LD)抽运Nd:YVO4晶体,采用声光调Q,输出1064 nm高重复频率短脉冲的固体激光器.在重复频率为70 kHz时,获得的最大平均输出功率为6.45 W,光-光转换效率为34.9%,斜效率为37.3%;在相同的重复频率下还获得了最短脉冲宽度7.9 ns.在重复频率为10 kHz时获得最大单脉冲能量为213 μJ,峰值功率为11.8 kW.     

高平均功率高重复率固态双Nd:YVO4基模激光器

报道了采用国产大功率光纤束模块双端泵浦双Nd：YVO4激光晶体和声光调Q技术，实现了高平均功率、高重复频率的1064nm激光输出。通过降低Nd：YVO4激光晶体的掺杂浓度，采用双端泵浦双晶体，在晶体热效应允许的范围内最大限度地利用了泵浦光的能量，通过腔内插入声光调Q器件，在晶体注入总功率为50W的情况下，得到了24W的TEM00模连续波1064nm激光输出。最高重复频率为50kHz时，平均输出功率为22．9W，脉冲宽度为38ns，相应的光-光转换效率为45．8％；在重复频率为10kHz时，具有最大单脉冲能量1．55mJ，相应的脉冲宽度为15ns，峰值功率达到了103kW。     

Diode-Side-Pumped Acoustooptic $Q$ -switched 1319-nm Nd:YAG Laser

In this paper, a diode-side-pumped acoustooptic Q-switched 1319-nm Nd:YAG laser is described. The output characteristics under the different repetition rates and output couplers have been studied. With a pumping power of 555 W, the average output power decreases from 94 W at 50 kHz to 71 W (slope efficiency 25.2%, optical conversion efficiency 12.8%) at 5 kHz. The highest peak power is up to 95 kW with the pulse duration of 150 ns at the repetition rate of 5 kHz.     

500 kHz波长锁定878.6 nm LD双端泵浦Nd:YVO4声光调Q激光器

报道了一种由波长锁定878.6 nm LD双端抽运Nd:YVO4声光调Q激光器,重复频率在500 kHz时具有稳定的1 064 nm脉冲激光输出。在重频为100 kHz,晶体吸收功率58 W时,获得18.2 W的1 064 nm激光输出,光-光转换效率为31.3%,脉宽为15.2 ns;在重频为500 kHz、晶体吸收功率58 W时,获得26.1 W的1 064 nm激光输出,光-光转换效率为45%,脉宽为44.2 ns,重频在100~500 kHz下具有稳定的脉冲输出,光束质量较传统模式下有明显提高,并且转换效率也有提升。实验表明:利用波长锁定878.6 nm激光二极管直接泵浦的方式,有利于降低晶体热效应、提高光束质量,提高光-光转换效率,获得窄脉宽的脉冲激光输出,并且在一定的温度变化范围内具有极好的温度稳定性。     

掺铥双包层光纤激光器研究

掺铥光纤激光器所发射的2mm波段激光处于水分子吸收峰且对人眼安全,并且被认为是3～5mm光参量振荡的有效抽运源,因此具有巨大应用前景。围绕进口和国产掺铥双包层光纤展开了一系列研究,实现了光纤激光器的连续运转、脉冲运转、可调谐输出等。对进口光纤的光谱特性进行了较全面的研究,获得最大连续输出功率6W、斜率效率50%;采用国产掺铥双包层光纤,获得最大连续输出功率5.1 W、斜率效率41.9%;采用后向Littrow结构、以闪耀光栅作为选频元件,获得了2mm附近最大范围可达105nm的可调谐激光输出,且各调谐激光线宽均在2.2nm左右。采用声光调制器(AOM)作为Q开关,在调制频率为1kHz时,获得最高峰值功率4.2kW、最大脉冲能量840mJ、脉宽200ns的脉冲输出;在3kHz时获得了最短180ns的脉冲输出。对双端抽运方式也进行了研究。分析了腔镜透射率和激光介质长度对激光输出功率的影响,讨论了激光光谱的红移现象。     

LD side-pumped intracavity frequency-doubled high Nd：YAG green laser based on acousto-optic Q-switch

A highly efficient and high power green laser generated by intracavity frequency doubling of a diode-sidepumped Q-switched Nd：YAG laser has been demonstrated. In the simple L-shaped cavity geometry,the maximum green output power of 28.5 W was obtained with a pulse width of 95 ns at a pulse repetition rate of 10 kHz by using a LBO crystal for frequency doubling,corresponding to a conversion efficiency of 11% from diode pump power to pulse green power. At a pulse repetition rate of 1 kHz,6.9 mJ of pulse energy,25 ns of pulse duration and 276 kW of peak power were obtained.     

周期性极化掺镁铌酸锂晶体光参量振荡研究

为了实现高转化率3m红外激光光参量振荡输出,采用外加脉冲电场法在厚度为1mm、掺摩尔分数为0.05的镁铌酸锂晶体上成功制备了周期为31.2m的极化光栅,理论计算并模拟了1064nm激光抽运周期极化铌酸锂晶体时,闲频光波长随温度的对应关系,并进行了实验验证。利用1064nm声光调Q Nd:YAG激光器作为抽运源对样品进行了光学参量振荡实验,其中,脉冲激光脉宽为200ns,重复频率是20kHz。在控制温度为80℃、输入抽运光功率为5.567W时,光参量振荡输出波长3m的闲频光功率为1.141W,光光转换效率达到20.1%。结果表明,通过此方法制备的周期性极化铌酸锂晶体光参量振荡,具有较高的光光转换效率。     

LD泵浦Cr4+,Nd3+:YAG自调Q腔内倍频激光器研究

Cr4 ，Nd3 ：YAG晶体的激光特性得到了系统研究．在LD泵浦下，Cr4 ，Nd3 ：YAG晶体获得了1.064μm的自调Q激光输出．激光平均输出功率达到3．36W，脉宽65ns，重复频率87kHz，光-光效率为15．3％．加入KTP晶体后实现了自调Q腔内倍频，获得了532nm的绿色脉冲激光输出，平均功率达到1W，脉宽210ns，重复频率47kHz，光-光效率为6％．对自调Q激光及其腔内倍频发现的现象进行了讨论．     

914 nm LD泵浦RTP电光调Q的高效率Nd:YVO4激光器

报道了一种激光二极管（LD）端面连续抽运的高重频、高光光效率电光调Q Nd:YVO4激光器。采用RbTiOPO4（RTP）晶体对作为调Q元件,通过减小热效应和模式匹配技术,实现了高效率的高重频窄脉宽1 064 nm脉冲激光输出。一方面采用低吸收系数的914 nm波长抽运Nd:YVO4晶体,使晶体内热分布均匀,从而获得高量子效率的同时减小了热效应影响。另一方面通过优化泵浦光斑半径,实现泵浦光和振荡光好的模式匹配。在重频200 kHz时,获得了最高输出功率16 W,脉宽9 ns,单脉冲能量80 J,光束质量M21.2的稳定脉冲激光,泵浦吸收功率31 W,对应的光光转化效率为51.6%。据笔者所知,这是RTP电光调Q实现的最高效率的脉冲激光器。     

880nm同带泵浦的高效率Nd:YVO4自拉曼激光器

利用880 nm半导体激光器同带泵浦声光调Q Nd:YVO4自拉曼激光器,以减轻热效应对泵浦功率的限制和对拉曼增益的影响,获得高效的1 176 nm一阶斯托克斯光输出。使用两块长度10 mm的Nd:YVO4晶体作为增益介质,脉冲重复频率190 kHz时,在26.8 W入射泵浦功率下获得6.11 W的平均输出功率,光光转换效率22.8%。实验研究了拉曼增益介质长度对输出功率和转换效率的影响,并对自拉曼激光器输出功率曲线中出现凹陷的原因进行分析,认为凹陷并非源自谐振腔稳定性,而是由于增益较弱的斯托克斯光对于谐振腔失调的敏感性所致。对照试验结果显示,与808 nm传统泵浦方式相比,880 nm同带泵浦下自拉曼激光器的输出功率和转换效率得到明显提高。     

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。     

激光二极管抽运的自拉曼Nd∶YVO_4激光器

研究了激光二极管(LD)抽运的自拉曼Nd∶YVO4调Q激光器的特性。Nd∶YVO4晶体同时作为激光介质和拉曼晶体,通过声光调Q技术,产生了1176 nm的拉曼激光。测量了平均输出功率、脉冲宽度和单脉冲能量随抽运功率和脉冲重复率的变化。典型的1064 nm基频光和1176 nm拉曼光脉冲的脉冲宽度分别为26.3 ns和9.0 ns。在脉冲重复率为20 kHz,抽运功率为8.46 W时,产生了平均功率为0.384 W的1176 nm光的输出,光-光转换效率为4.54%。使用速率方程对自拉曼Nd∶YVO4调Q激光器特性进行了理论研究,把脉冲重复率为10 kHz,20 kHz,30 kHz时拉曼光单脉冲能量和脉冲宽度的实验值与理论值进行了比较,结果基本相符。     

脉冲LD泵浦千赫兹1.57 μm全固态激光器

采用非稳腔光参量振荡（OPO）研制了千赫兹重复频率人眼安全波段全固态激光器。激光器采用电光调Q方式、脉冲激光二极管（LD）侧面泵浦Nd:YAG激光晶体实现了高光束质量的1.064m基频激光。光参量振荡部分采用Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体,为了获得较好的光束质量,OPO谐振腔采用平凸非稳定谐振腔结构,实现了千赫兹重频、窄脉冲1.57m波段激光输出。在脉冲激光二极管泵浦电流为125 A、电光调Q重复频率为1 kHz时,1.57m激光输出最大平均功率达到了4.67 W,激光脉冲宽度为4.3 ns,功率不稳定度为3%,激光泵浦阈值约为45 A。     

25kHz、约2ns声光调Q Nd:YVO4激光器研究

为了获得高重频窄脉冲高光束质量激光输出,采用LD抽运Nd:YVO₄晶体声光调Q方案,进行了相关理论分析和实验验证,振荡级获得了重频25kHz、单脉冲能量22.4μJ、脉冲宽度2.19ns、光束质量因子M2 < 1.2的种子激光,光光转换效率为24.3%;放大级获得了重频25kHz、单脉冲能量585μJ、脉冲宽度2.26ns、光束质量因子M2 < 1.7的激光输出,提取效率为15.6%。结果表明,采用LD抽运Nd:YVO₄晶体声光调Q方案能够获得高重频、窄脉冲、高光束质量激光输出,其实验现象与理论计算结果较为符合。     

波长锁定878.6 nm LD调制泵浦Nd: YVO4自拉曼激光器

报道了一款基于调制共振泵浦技术的Nd:YVO₄自拉曼激光器。针对全固态自拉曼激光器中热效应严重导致的激光器输出功率及光光效率普遍偏低的问题,合理地将共振泵浦技术和调制泵浦技术相结合,实现了激光器的有效热管控,缓解了激光器的热效应,提高了泵浦上限,从而实现了激光器输出功率和光光效率的大幅提高。当泵浦源的调制频率为10 kHz、占空比为40%、平均泵浦功率为30 W、声光Q开关的调制频率为100 kHz时,获得了最大平均功率为8.57 W的1176 nm斯托克斯光输出,相应光光转换效率28.6%。相较于相同泵浦功率的连续泵浦机制下的实验结果,斯托克斯光平均输出功率提高了42%,光光效率提高了8.5%。实验结果表明:共振泵浦和调制泵浦技术相结合的方式可以有效缓解热效应,提高泵浦功率上限,从而提高自拉曼激光器的输出功率和光光效率。     

1030nm高重复频率纳秒脉冲全光纤放大器

采用脉冲调制的单模带尾纤输出的半导体激光器作为种子源,以掺镱光纤为增益介质,采用主振荡功率放大(MOPA)结构,实现了1030nm全光纤脉冲激光放大。脉冲重复频率在50～100kHz范围内可调,在重复频率50kHz时,实现了脉冲宽度为6.53ns,峰值功率为16.08kW的脉冲输出,相应的斜率效率为69%,输出激光的中心波长在1029.49nm。实验还研究了不同重复频率下输出激光脉冲的时域特性。该激光器的输出波长在激光雷达探测器的光谱响应范围内,可作为激光雷达发射光源。     

全光纤结构的脉冲光纤放大器

结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,利用熔融拉锥的光纤侧面耦合器,设计和实验研究了全光纤结构的脉冲光纤放大器。在不同重复频率时,通过放大脉冲激光的输出光谱,对输出脉冲激光中的剩余抽运光和受激拉曼散射光功率进行了修正;并研究了激光脉冲的时域特性,以及在脉冲放大过程中对输出激光脉冲宽度的压缩作用。获得输出放大脉冲激光的主要参数:峰值波长为1075 nm,脉冲宽度为18~300 ns,重复频率为5~20 kHz,峰值功率达9.87 kW,斜率效率达52.2%,光束质量M2=2.0。同时,制作完成了一台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,其最大外形尺寸为370 mm×270 mm×90 mm。     

Diode-pumped Q-switched Extra-cavity Frequency-doubled Nd：YVO4/KTP Green Laser

A diode-pumped acousto-optical（A-O） Q-switched extra-cavity frequency-doubled Nd：YVO4/KTP （KTiOPO4） green laser formed with a simple plane-plane cavity has been demonstrated. With the incident pump power of 12.7W, A-O Q-switched average output power at 1064nm was 3.81W with a duration of 25 ns at a repetition rate of 20 kHz, extra-cavity frequency doubling with KTP as the nonlinear crystal yielded the maximum output power of 1. 92 W at 532 nm, the corresponding optical conversion efficiency from 1064nm to 532nm light is 50.4%. The continuous-wave（CW） laser properties of diodepumped Nd：YVO4 crystal operating at 1064nm have been studied. With the incident pump power of 25 W, the maximum CW output power of 13.81 W was obtained with the corresponding optical conversion efficiency of 55.24%.