单脉冲能量3 mJ、重复频率1 kHz皮秒超高斯光束的实现

采用圆孔光阑和空间滤波-像传递系统相结合,实现了高效率的皮秒高斯光束到超高斯光束的整形。通过研究其中空间滤波-像传递系统中滤波针孔大小对整形效果的影响,获得了整形效率大于32%、200~500 mm传播距离内保持超高斯光束填充因子大于0.76传输的实验结果。随后对获得的超高斯光束进行放大,放大过程中通过利用侧面泵浦Nd:YAG晶体的热透镜代替放大光路中4F系统像传递系统中的透镜,简化了超高斯皮秒激光放大系统的结构,同时经过一级双通放大后,获得了近场填充因子0.72,单脉冲能量3.0 mJ,脉冲宽度11 ps,重复频率1 kHz,峰值功率密度8 GW/cm2的超高斯光束皮秒激光放大输出。     

径向偏振光纯度检测及偏振态分布特性评价

光束横截面内偏振态分布均匀性是影响径向偏振光光束质量及其实际应用的关键因素。通过PBS测量法、狭缝法和S波片法三种方法对径向偏振光偏振纯度进行测量和对比,分析了径向偏振光偏振态在横截面内分布均匀性。在PBS测量法和狭缝法测量径向偏振光过程中,给出了径向偏振光纯度表达式,分别测得径向偏振光纯度为93.4%和84.1%,并引入方差公式评价径向偏振光偏振态分布均匀特性。其中PBS测量法表达径向偏振光纯度更为准确,狭缝法可以通过比较不同区域偏振度更精确地反映径向偏振光偏振态分布特性。S波片法可以使用市场现有偏振分析仪间接测量径向偏振光纯度,更适应于测量径向偏振光在放大过程中偏振态变化情况。     

径向偏振光的退偏机理及补偿方法

研究了非均匀泵浦状态下径向偏振光束的退偏机理及补偿方法。理论分析表明,非均匀泵浦条件下各向同性晶体横截面内由热致剪应力引起的剪切向热致双折射是导致径向偏振光退偏的主要原因。设计实验依次采用薄膜偏振片（TFP）测量法和纯度测量法评价了径向偏振光在非均匀泵浦条件下的退偏,其中TFP测量法用于检测径向偏振光的整体退偏,纯度测量法用于检测径向偏振光的局部退偏。在泵浦峰值功率1.1 kW下,两种评价方法测得的退偏量分别为2.34%和2.53%。基于理论分析和评价方法的结果,在退偏补偿方案的设计中采用相位调制与空间模式匹配相结合的方法,将径向偏振光的退偏量优化了59%,并获得脉冲能量为19.36 mJ,纯度为90.13%的皮秒径向偏振光,光束质量因子M2为3.8。     

全固态皮秒径向偏振激光器及其加工特性

在自主研制的全固态皮秒激光器基础上,腔外加入偏振转换元件输出皮秒径向偏振激光,并对其进行侧泵Nd:YAG晶体放大,最终得到中心波长1 064 nm、平均功率1.95 W、重复频率1 kHz、峰值功率1.77108 W、光束质量2.95以及纯度92%的皮秒径向偏振激光器。用该激光器对0.5 mm厚不锈钢材料进行钻孔和刻槽实验,并与同等加工工艺参数条件下皮秒线偏振激光器钻孔圆度和刻槽深度进行对比,分析两种激光器对加工效果的影响。实验结果表明,相比皮秒线偏振激光,利用皮秒径向偏振激光进行加工,钻孔圆度更好、刻槽深度更深且槽侧壁更为平坦。该结果为皮秒径向偏振激光器在材料加工领域的应用提供参考。