连续波500 W全固态Nd:YAG激光器研究

研制了全国产化全固态半导体激光器(LD)抽运模块，Nd：YAG激光输出功率达500W。介绍了优化抽运模块结构参数的程度。从增益分布特性等方面，介绍了研究其输入-输出功率特性的实验装置，随着抽运功率的增加，Nd：YAG激光输出以斜率效率47％线性增加，最大输出功率达到575W，光-光转换效率达26．1％。采用He-Ne激光探测法实验测量了该抽运模块中的热透镜效应。通过测量热焦距，分析了其热透镜效应：热透镜焦距与抽运功率成反比，抽运功率很小时，热焦距大，热透镜效应很小，被Nd；YAG棒的修凹面补偿，所以此时热焦距较大，热效应不显著。随着抽运功率的增大，热焦距减小，热透镜效应越来越显著。     

半导体激光器端面抽运高功率高效Nd∶YVO4固体激光器

报道了一种光纤耦合半导体激光器端面抽运高功率高效Nd∶YVO₄固体激光器。在抽运功率为20 W时获得了11 W的TEM00模输出,光-光转换效率为55%;而抽运功率为12 W时输出功率为7.1 W,光-光转换效率为59%,斜效率达64%。在高抽运功率下测量了Nd∶YVO₄晶体的热透镜焦距,结果表明：得到有效冷却的低浓度和高质量的Nd∶YVO4晶体,其热聚焦作用实际上相对很弱。     

LD抽运1kHz电光调Q 946nm Nd:YAG激光器

对激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YAG晶体产生946 nm激光输出的热效应及输出特性进行了实验对比。实验测量了晶体的端面温度以及热焦距,当吸收抽运光功率达到10 W时,掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG晶体端面温度为25.9℃,约为相同掺杂浓度下普通晶体的1/3。且相同条件下,端帽键合Nd∶YAG晶体能有效缓解热透镜效应。利用波片补偿电光晶体热退偏的方法,实现了频率为1 k Hz电光调Q 946 nm激光输出。在抽运功率为10.4 W时,使用掺杂原子数分数为0.5%的端帽键合Nd∶YAG晶体作为增益介质,获得最大输出功率为311 m W,脉冲宽度为17 ns的电光调Q 946 nm激光输出,功率不稳定性为2.7%。最大输出功率分别是同等条件下使用掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG晶体的2倍以及普通Nd∶YAG晶体的3倍。     

主动调Q内腔式Nd:YAG/GdVO4拉曼激光器

研究了激光二极管(LD)端面抽运的主动调Q内腔式Nd∶YAG/GdVO4拉曼激光器的激光特性,测量了不同抽运功率和脉冲重复频率条件下的平均输出功率和脉冲宽度.当注入的抽运功率为[7.44 W,脉冲重复频率为20 kHz时获得的1174.5 nm拉曼光的最大平均输出功率为1.3 W,对应的光-光转换效率为17.4%;当注入抽运功率为6.8 W,脉冲重复频率为[15 kHz时获得的1174.5 nm拉曼光的最大单脉冲能量为74.4 μJ.与Nd∶GdVO4自拉曼激光器进行实验比较和分析,实验结果表明主动调Q内腔式Nd∶YAG/GdVO4拉曼激光器可以获得比Nd∶GdVO4自拉曼激光器更高的平均输出功率和转换效率.     

半导体激光器端面抽运高功率高效Nd:YVO_4固体激光器

报道了一种光纤耦合半导体激光器端面抽运高功率高效Nd:YVO4固体激光器。在抽运功率为20W时获得了11W的TEM00模输出,光-光转换效率为55%;而抽运功率为12W时输出功率为7.1W,光-光转换效率为59%,斜效率达64%。在高抽运功率下测量了Nd:YVO4晶体的热透镜焦距,结果表明:得到有效冷却的低浓度和高质量的Nd:YVO4晶体,其热聚焦作用实际上相对很弱     

激光二极管列阵抽运Nd:YAG/LBO大功率蓝光激光器

报道了激光二极管列阵(LDA)端面抽运全固体腔内倍频大功率蓝光激光技术的研究。采用复合Nd：YAG晶体作为增益介质，并利用半导体致冷器(TEC)对激光晶体的温度进行精密控制。倍频晶体采用Ⅰ类临界相位匹配方式切割的LBO晶体。谐振腔为Ⅴ型结构。根据大功率抽运条件下激光晶体热透镜效应严重，且热透镜的焦距会随着抽运功率的增大逐渐变短的特点，计算出最大抽运功率条件下激光晶体的热透镜焦距，依据此数据来优化谐振腔结构，使激光器实现最佳模式匹配和倍频效率，得到高效蓝光激光输出。在可吸收抽运功率为18．5W时，473nm蓝光激光输出功率为1．38w，抽运光-倍频光的光-转换效率为7．5％。     

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.     

激光二极管抽运Nd:YVO4/YVO4复合晶体激光器

在高功率激光二极管(LD)抽运的情况下,对比分析了Nd∶YVO4/YVO4复合晶体和Nd∶YVO4单一晶体的激光特性.实验证明,复合晶体能够有效地降低晶体内的温度梯度,减小由端面变形带来的热透镜效应,获得比单一晶体高出许多的输出功率.采用Z型折叠腔,研究了Nd∶YVO4/YVO4复合晶体KTP倍频特性,当抽运功率为17 W时,获得了6.23 W的绿光输出,抽运光到绿光的转换效率高达37%.     

激光二极管端面抽运的多晶Nd∶YAG1.06 μm连续激光器

报道了激光二极管端面抽运的多晶Nd∶YAG(polycrystallineNd∶YAGceramic) 1 0 6 μm连续激光器的实验研究。在抽运功率为 0 3W时 ,激光达到阈值开始输出 ;在抽运功率为 9W时 ,输出功率达到 2W ,激光器光 光转换效率为 2 2 2 %。     

808 nm和879 nm端泵自拉曼Nd∶GdVO4 激光器的输出特性研究

为了研究激光二极管端面泵浦a轴切割Nd∶GdVO4自拉曼激光器的热透镜效应对输出特性造成的影响。在808 nm和879 nm两种不同波长端面泵浦条件下,采用横向剪切干涉法测量了连续光自拉曼Nd∶GdVO4激光器的热透镜效应,分别取得两波长所对应的热透镜数值,并将一阶斯托克斯散射光的热透镜效应通过CCD相机成像观测。实验结果表明,879 nm泵浦比808 nm泵浦时激光晶体的热效应有明显减少。为验证以上结果的准确性,实验研究了两种不同泵浦光作用下拉曼光与基频光的输出,获得了最高输出功率为1.4 W和1.6 W的拉曼光,发现当泵浦功率超过20 W,808 nm泵浦输出的拉曼光出现较大衰减。同时,输出808 nm 和879 nm两种光波作用下的基频光,对应斜效率分别为27.5%和38%。并发现小功率抽运时,两波长对应输出区别不明显,只有在大功率抽运状态下879 nm优势才能显现。实验和理论分析说明879 nm抽运更有利于提升Nd∶GdVO4激光器的量子效率。     

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。     

绿光输出达85W的全固态绿光激光器谐振腔研究

报道了对平均功率达85 W的高功率、高稳定性全固态绿光激光器谐振腔特性的研究,将高平均功率运转条件下的KTP倍频晶体的热透镜效应等效为一个薄透镜,利用ABCD传输矩阵,通过图解方法定性地讨论了KTP晶体的热透镜效应对谐振腔的稳定性和腔内激光模式的巨大影响,理论分析表明适当大小的倍频晶体热透镜焦距不但可以有效地补偿Nd:YAG棒的热透镜效应,而且对增大激光介质中的模体积和在倍频晶体处提高功率密度都有积极作用.实验中采用了80个20 W的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd:YAG棒、两个声光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等技术,并通过对KTP晶体采取适当的冷却方式,最终实现了高功率内腔倍频激光器的高稳定性运转;在抽运功率约为1080 W时,实现了重复频率为20.4kHz,脉冲宽度230 ns,输出功率达85 W的高功率、高重复频率绿光(532 nm)输出,不稳定性仅为士1.03%.     

高功率激光二极管端面抽运复合晶体激光器的研究

在高功率激光二极管抽运固体激光器中,热效应已成为获得高输出功率和高光束质量的最大阻碍因素.用有限元方法研究了高功率激光二极管端面抽运Nd∶YVO4激光器中热透镜分布规律,提出了用复合晶体消除热透镜效应的方法.研究表明在端面抽运的传统单一Nd∶YVO4晶体激光器中,由于抽运功率密度很高,热透镜效应非常严重,由端面变形而造成的热透镜效应约占整个热透镜效应的50%;而采用复合晶体能够很好地消除由端面变形而造成的热透镜效应,同时得到很好的冷却效果,获得比采用传统单一晶体高出许多的基模输出功率和更好的光束质量.实验证明,采用复合结构晶体在23 W的抽运功率水平下得到了11 W的基模输出功率,光束质量因子M2 <1 5,光光转换效率达到48%.     

高重复率半导体激光抽运Nd∶YAG放大器激光特性的实验研究

实验研究了高重复率、大功率半导体激光二极管阵列(LDA)侧面环绕抽运的Nd∶YAG激光放大器的放大特性、热焦距变化和热致双折射效应引起的退偏特性。偏振光经千赫兹高功率单通激光放大器,获得约3倍的光脉冲能量放大,脉冲宽度基本保持不变,其输出的P分量与S分量的能量比趋于常数3∶1,实验测得的能量放大倍率及放大光束的椭圆偏振度与理论预期吻合很好。     

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%。     

热边界和泵浦结构对激光晶体热效应的影响

报道了不同热边界和泵浦结构下激光晶体的热效应情况。理论上,基于星载激光器的工作特点,通过建立符合激光晶体工作状态的热模型,模拟了Nd:YAG晶体受到具有高斯分布半导体激光侧面泵浦时的温度场分布,分析了热边界、泵浦方式以及泵浦光斑、吸收系数等泵浦参数对温度场的影响。将激光晶体热透镜作薄透镜近似,进行了热透镜焦距理论计算和实验测量。五面环形泵浦结构,泵浦功率4 500 W,10 Hz重复频率下,Nd:YAG晶体的热透镜焦距约9.5 m,实验结果与理论仿真结果基本符合。文中建立的模型与实验方法为预测激光晶体的热效应提供了一种有效工具,为激光器设计提供依据。     

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.     

1.1 W连续输出473 nm全固态蓝光激光器

报道了光纤耦合激光二极管端面抽运Nd：YAG晶体，I类临界相位匹配LBO腔内倍频的473nm全固态蓝光激光器。通过对准三能级系统进行分析，采用国产普通Nd：YAG晶体棒作为工作物质。将热效应因素考虑在内，设计出对热效应不敏感的短三镜折叠腔，通过改善致冷条件，在14W的抽运功率下获得了1．1W TEM00模连续473nm蓝光输出，光-光转换效率达7．9％。阈值仅为2W。讨沦了获得更高输出功率的可能性。     

激光二极管端面抽运的多晶Nd：YAG 1．06μm连续激光器

报道了激光二极管端面抽运的多晶Nd：YAG(polycrystalline Nd：YAG ceramic)1．06μm连续激光器的实验研究。在抽运功率为0．3W时，激光达到阈值开始输出；在抽运功率为9W时．输出功率达到2W，激光器光-光转换效率为22．2％。