85W高稳定全固态绿光激光器的研究

研究了平均功率达 85W高功率高稳定性全固态绿光激光器 ,从理论上分析了全固态内腔倍频晶体热效应相位失配对输出功率的影响 ;数值模拟了倍频晶体内部的热量分布 ,计算了倍频晶体相位匹配角随温度变化的失配量。在实验中 ,采用 80个 2 0W的高功率半导体激光器侧面抽运单Nd∶YAG棒 ,采用双声光Q开关、高效平凹谐振腔结构 ,对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配并配合强冷却等技术 ,实现高功率内腔倍频激光器的稳定运转 ;在抽运电流为 17 3A时 ,实现了重复频率为 2 0 4kHz,脉冲宽度 2 30ns,输出功率为 85W的高功率、高重复频率绿光 ( 5 32nm)输出 ,不稳定性为± 1 0 3% ,光 光转换效率为 9 7%。     

LD抽运Nd:YAG/KTP腔内倍频16W连续波绿光激光器

为了得到一台大功率连续波绿光激光器,采用9个20W的高功率半导体激光器侧面抽运Nd:YAG棒,倍频晶体选用Ⅱ类相位匹配的KTP晶体,设计了三镜折叠腔结构,使得放置倍频晶体位置处基频光的光腰稍大,从而尽量避免KTP晶体的"灰线效应",通过调节角度的办法来补偿倍频晶体热效应导致的相位失配,得到在抽运电流为19.5A时,连续波绿光输出可达16W,倍频转换效率为40%的结果。实验结果表明,Nd:YAG/KTP是产生大功率连续绿光的较佳组合。     

KTP晶体热效应与光束质量改善研究

讨论了腔内倍频KIP晶体的热透镜效应，计算了平平谐振腔中KTP晶体在最大泵浦功率为180W时的热焦距为853mm；并在此基础上优化了腔型，改善了光束质量。实验中采用了9个20w的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd：YAG棒、单声光Q开关、高效小曲率凸凸腔内倍频谐振腔结构，对KTP晶体和Q开关采取适当的冷却方式，最终实现了光束质量因子M2达3．16。功率稳定性RMS值为0．781％，平均功率为16W的高功率高光束质量的激光器稳定性运转。     

梯度补偿法控温晶体的高功率绿光激光器

研究了平均功率超过30W的稳定高效全固态绿光激光器,分析得出影响全固态腔内倍频激光器倍频效率和输出稳定性的主要因素是倍频晶体局部温升造成的相位失配和热透镜效应,采用温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,降低激光器工作中倍频晶体内外温度梯度从而有效地克服因晶体局部温升造成的倍频相位匹配角失配和热透镜效应。采用三条60W的半导体激光二极管阵列板条侧面抽运Nd:YAG激光增益介质棒,采用声光调Q,平凹直腔和腔内倍频结构配合温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,得到了稳定高效的532nm绿光输出。在抽运电流25A,抽运功率174.6W时,得到了脉冲宽度110ns,重复频率10kHz,输出平均功率31.6W稳定高效的绿光输出,光-光转换效率为18.1%,功率稳定性为±0.66%,绿光输出光束质量因子M2=4.3。     

138 W窄脉宽全固态绿光激光器

报道了绿光平均功率达138 W的声光调Q内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器。为了进一步提高绿光激光器的输出功率以及压窄脉宽,通过倍频晶体相位匹配角随温度变化的分析以及腔型的研究,设计并优化了U型谐振腔。实验中采用两个聚光腔,每个聚光腔由35个20 W的高功率激光二极管(LD)侧面抽运Nd∶YAG棒,利用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔内倍频,实现了高平均功率内腔倍频激光器的稳定运转。在两个聚光腔的激光二极管抽运电流分别为18.5 A,20.5 A时,获得了重复频率为10 kHz,脉冲宽度优于49 ns,输出功率为138 W的高功率、高重复频率、窄脉宽绿光(532 nm)输出,光-光转换效率为14.1%,不稳定度为±2.8%。     

双端抽运双Nd∶YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器.通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔.在双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56 W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%.结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性.     

双端抽运双Nd:YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器。通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔。在双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%。结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性。     

高功率绿光激光器热稳定性的研究

本文报道了对平均功率达110W的高功率、高重复频率全固态绿光激光器热稳定性的研究。针对实验中出现的532nm绿光输出平均功率不稳定的情况,分析了泵浦电流、谐振腔长度等因素的变化对平-凹腔的稳区范围和腔内激光模式特性的影响。理论分析中分别把KTP晶体和Nd:YAG棒看做薄透镜和热透镜,通过计算谐振腔传输矩阵的方法,得到了稳区范围和腔内光束分布情况。实验中采用的泵浦头由80个20W的高效率半导体激光器组成,按照五角形等间距侧面泵浦Nd:YAG棒,采用高效率的声光Q开关,倍频晶体为Ⅱ类相位匹配的KTP晶体(φ=24.7°,θ=90°),最终得到了平均功率为110W的532nm激光输出,实验结果与理论计算符合得很好。     

高效高功率侧面抽运腔内倍频连续绿光激光器

激光二极管(LD)侧面抽运的内腔倍频激光器技术是实现高功率、高稳定且低成本连续绿光激光器的有效方法。为满足激光彩色显示、激光加工、数据存储、医疗卫生和科研等领域对连续绿光激光器的需求,研制了一台高效、高功率侧面抽运腔内倍频Nd∶YAG/KTP连续绿光激光器。采用优化的平-凹-平三镜折叠腔结构,Ⅱ类相位匹配KTP晶体内腔倍频,当808 nm激光二极管抽运功率约为180 W时,得到最高18.7 W的连续绿光激光输出,对应的光-光转换效率为10.4%。在输出功率15.4 W时测量激光功率稳定性,其功率不稳定度小于0.5%。输出光束平滑,远场为类高斯分布,用刀口法测量了激光器不同输出功率时的光束质量,光束传输因子M2小于7。     

164W LD侧抽运准连续Nd:YAG/HGTR-KTP高功率绿光激光器

为了研究百瓦级高光束质量绿光激光器,采用激光二极管侧面抽运双棒串接、双声光调Q的方法,依据光束传输矩阵,分析比较了V 型折叠腔内分别置入单、双激光晶体时,其热透镜效应对谐振腔稳定性、折叠臂内光场分布以及倍频晶体处子午光斑和弧矢光斑大小的影响,倍频晶体选用具有抗灰迹特性的Ⅱ类临界相位匹配KTP晶体.当总抽运功率为1200W、重复频率为27.2kHz时,得到了脉冲宽度为130ns的164W准连续绿光输出,光光转换效率为13.7%,光束质量因子M2x＝10.46,M2y＝10.59.结果表明,使用双棒串接、双声光调Q V型腔结构,可以获得百瓦级高功率、高光束质量532nm绿光输出.     

非稳腔大功率绿光激光器的研究

为了提高激光的光束质量和提供准直的平行光束,为抽运钛宝石提供优良的大功率的绿光抽运源,对激光二极管侧面抽运Nd:YAG声光调Q腔内倍频固体激光器进行了研究.实验中采用凸平直线非稳腔,将凸面镜和增益介质热透镜效应等效为望远镜系统进行分析.由实验可知,凸平非稳腔具有较大模体积、良好的稳定性等优点;利用二类相位匹配的磷酸钛氧钾晶体进行腔内倍频,当抽运功率为200W时,获得脉宽109ns、重复频率9.3kHz、发散角小于2mrad的42W绿光输出,光光转换效率达到21%,24h长时间的工作,不稳定性小于2%.结果表明,利用非稳腔腔型,在侧面抽运的模块中可以实现高效的大功率绿光输出.     

Cr4+:YAG被动调Q4倍频全固态紫外激光器的研究

设计了LD泵浦Cr4+:YAG被动调Q的全固态Nd:YAG脉冲红外激光器。腔外首先经过焦距为100mm的聚焦透镜,将 1064nm的红外激光耦合到长为9mm的KTP2倍频晶体中,得到平均功率为29mW的脉冲绿光。然后将532nm的脉冲绿光经过焦距为30mm的聚焦透镜,耦合到长为4mm的BBO4倍频晶体上,获得了峰值功率为7.3W,平均功率为1.1mW,重复频率为12.5kHz,脉冲宽度为 12ns的266nm紫外激光,其绿光 紫外光的转换效率为3.8%,红外光紫外光的转换效率为0.7%。     

8.1W全固态准连续红光Nd∶YAG激光器

报道了利用Ⅱ类临界相位匹配的KTP晶体(相位匹配角选为θ=599°,=0°)对Nd∶YAG在13μm附近的振荡进行腔内倍频,产生高功率准连续红光激光的实验结果。激光器使用了一个连续运转的高功率激光二极管(LD)侧面抽运组件(组件内由30个20W的二极管阵列呈三角形阵列分布抽运一根Nd∶YAG圆棒),使用声光调Q技术实现高重复频率输出,并选用了平凹直腔的腔体结构。对该激光器的基频(13μm波长)调Q和倍频红光的功率输出特性及光谱特性进行了研究。在LD抽运功率453W时产生了最大输出功率81W的准连续红光激光,测量了此时的M2值并给出了光强分布图。     

单管LD泵浦的高效紧凑连续绿光激光器

结合Nd：YVO4的偏振吸收和LD（激光二极管）的偏振性,设计了高效的自聚焦透镜耦合系统、利用激光晶体和倍频晶体构成激光谐振腔、KTP晶体的II类相位匹配,计算并分析了在存在热透镜情况下平-平固体激光腔的特性,研制出高效紧凑结构的全固态绿光激光器。激光器利用TEC精确控制激光晶体和KTP晶体的温度,当泵浦功率为4.8 W时,532nm输出功率为1.4 W,光-光转换效率达到30%,24小时不稳定性±2%。     

LD侧泵全固态Nd∶YAG/KTP高功率连续绿光激光器

报道了LD侧泵全固态Nd∶ YAG/KTP高功率连续绿光激光器.泵浦组件为中科院半导体所生产的808 nm半导体激光器(LD)组件,由9个20 W的激光二极管组成(呈三角形等间距分布),最大泵浦功率为180 W.在平凹直腔的腔型结构下,当LD连续抽运3 mm×65 mm Nd∶ YAG激光棒时,分别选用不同长度的KTP倍频晶体,实现了II类临界相位匹配腔内倍频,最终在泵浦电流22.5 A时,获得了最大功率为21.3 W的连续、稳定532 nm激光输出,输出不稳定度优于2%,光-光(1064～532 nm)转换效率为42.6%.     

基于石墨烯被动调Q Nd∶YAG晶体微片激光器

设计了以石墨烯作为可饱和吸收体的被动调Q掺钕钇铝石榴石晶体(Nd∶YAG)微片激光器。该激光器采用三明治结构,附有石墨烯薄层的YAG晶体紧密压贴于工作物质Nd∶YAG晶体上,晶体端面镀膜作为端面镜构成平行平面谐振腔。采用光纤耦合输出激光二极管端面抽运技术,利用石墨烯的可饱和吸收作用,在注入功率为1.17W时实现微片激光器的调Q运转,获得波长1064.6nm,重复频率300～807kHz可调,最小脉冲宽度75ns的激光输出。激光器最大输出功率38.4mW,最大单脉冲能量54.7nJ。     

162W激光二极管抽运Nd∶YAG腔内倍频激光器

根据激光介质的热透镜焦距及其随抽运功率的变化,设计了大模体积高准直稳定性谐振腔以获得较大的模体积,同时使谐振腔对热焦距的变化和机械对准的扰动不灵敏。这种设计可以提高激光器的效率和稳定性,并且使输出激光具有较好的光束质量。采用双声光Q开关提高关断功率,在输出功率1250 W的连续激光二极管阵列抽运下,获得了210 W的调Q激光输出。采用工作温度80℃的Ⅱ类匹配KTP晶体,以避免KTP晶体的灰色轨迹效应,对KTP晶体采用半导体温控系统控温,在重复频率10 kHz时获得了162 W的调Q绿光输出,光-光转换效率达到13%,脉宽约为80 ns,光束质量M2因子约为20。     

全固态单模Nd:YAG激光器输出特性优化的实验研究

为了实现高功率全固态激光器的高输出光束质量,使用1mm直径Nd:YAG激光棒和单一二极管激光模块侧面抽运的简单激光腔设计来实现功率高于10W、光束质量接近衍射极限的TEM00模输出。通过使用小口径激光棒抑制高阶横模振荡、曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应和实验优化后反镜的曲率半径、负透镜的焦距以及激光腔腔长等结构参数使激光器输出功率和光束圆率同时达到最大,实现了平均功率10.8W、脉冲宽度15ns、光斑圆率98.8%±0.8%、M2值为1.1的近衍射极限光束输出。结果表明,通过使用小口径激光棒提高激光器输出光束质量工程上可行。