大口径强激光倍频系统精密调整架的研制

叙述了大口径高功率固体激光器,利用两块级联晶体的二阶非线性效应,对激光输出进行谐波转换,实现三次谐波输出的方法。介绍了实现倍频和混频过程所需的精密调整架的结构设计要点及其精度分析。研制的8套倍频器系统在同一台控制电源集中控制下,可获得高精度要求。     

双块KTP晶体正交倍频的绿光激光器特性研究

基于非线性光学的频率变换理论,采用双块磷酸氧钛钾(KTP)晶体外腔正交倍频的方式产生二次谐波以提高基频光的倍频转换效率。用长度分别为6mm,8mm,15mm的三块KTP晶体进行实验,比较了双块KTP晶体正交和平行串接以及单块KTP晶体的倍频特性,得到几组倍频转换效率随基频光功率密度变化的曲线。实验结果表明,采用双块KTP晶体倍频的倍频激光器能够有效地提高绿光激光器的动态范围且在520～750MW/cm2,双块KTP晶体正交串接倍频比长度是两块晶体之和的单块长KTP晶体的倍频转换效率高近30%。     

9.3μm脉冲CO_2激光倍频实验

介绍了利用9.3 μm脉冲TEACO_2激光通过AgGaSe_2晶体二次谐波产生(SHG)技术实现4.65 μm中红外波段激光输出的实验研究.根据非线性光学原理和倍频技术的基本要求,通过有针对性的技术手段选择TEACO_2激光器的输出谱线并控制脉冲波形的时间分布,使之满足激光倍频实验对泵浦脉冲光源在波长和输出时间分布上的基本要求,并以此为基波光源进行了产生二次谐波的实验研究.实验结果显示,即使是相同的AgGaSe_2倍频晶体材料,也会由于生产厂商的不同而具有完全不同的表面破坏阈值行为,而相同点是体损伤阈值均大于表面损伤阈值.实验获得倍频输出最大能量为12.9 mJ;倍频输出最高平均功率为940 mW. 4.65 μm中红外波段激光输出的实验研究.根据非线性光学原理和倍频技术的基本要求,通过有针对性的技术手段选择TEACO_2激光器的输出谱线并控制脉冲波形的时间分布,使之满足激光倍频实验对泵浦脉冲光源在波长和输出时间分布上的基本要求,并以此为基波光源进行了产生二次谐波的实验研究.实验结果显示,即使是相同的AgGaSe_2倍频晶体材料,也会由于生产厂商的不同而具有完全不同的表面破坏阈值行为,而相同点是体损伤阈值均大 表面损伤阈值.实验获得倍频输出最大能量为12.9     

9.3微米脉冲激光激光倍频实验

本文介绍了利用9.3m脉冲TEACO2激光通过AgGaSe2晶体二次谐波产生（SHG）技术实现4.65m中红外波段激光输出的实验研究。根据非线性光学技术原理和倍频技术的基本要求,通过有针对性的技术手段对于TEACO2激光器实现输出谱线选择和脉冲波形时间分布整形控制,使之尽量满足激光倍频试验对于泵浦的脉冲光源在波长和输出时间分布上的基本要求,并以此作为基波光源进行了产生二次谐波的试验研究工作。实验结果显示,即使是相同的AgGaSe2倍频晶体材料,由于生产厂商的不同具有完全不同的表面破坏阈值行为,而相同点是体损伤阈值均大于表面损伤阈值。实验上获得倍频输出最大能量12.9mJ;倍频输出最高平均功率940mW。     

激光二级管泵浦KTP腔内和频激光器及噪声特性的分析

给出了采用了激光二极管泵浦Nd:YVO₄晶体产生1064nm与1342nm双谱线振荡的实验研究,通过KTP晶体II类相位匹配腔内和频产生输出波长为593.5nm的橙黄色激光的实验.在不同泵浦功率下,测量和分析了该激光器的噪声特性.根据和频激光器输出的纵模结构测量结果与和频光耦合波方程,研究了和频激光器的噪声与参与和频的基频光纵模之间的关系.结果表明:对于激光二极管泵浦Nd:YVO₄激光晶体,KTPII类位相匹配腔内和频激光器,如参与和频的2个波长中有一个波长为单纵模工作,尽管和频光输出为多个纵模,该激光器的输出仍为低噪声状态.如参与和频的2个波长全为多纵模,和频光输出为高噪声状态.在腔内和频过程中,虽然没有倍频过程中的和频引起模式竞争,但参与和频2个基频光的不同模式间的交叉和频和同一波长的不同模式间的增益饱和,也产生了与绿光问题类似的输出噪声和不稳定状态,但噪声特性要好于同类的腔内倍频激光器.     

大口径KDP晶体装配附加面形畸变抑制工艺优化

在高功率固体激光装置中，大口径KDP晶体的面形畸变控制是影响终端光学组件倍频转化效率的关键因素之一。为了提高大口径KDP晶体的装配附加面形质量，提出了一种点支撑装配附加面形畸变抑制工艺方法。首先，通过遗传算法对支撑点及其分布进行优化设计。然后，采用有限元分析方法对KDP晶体的装配预紧工艺进行优化设计。最后，开展优化后的装配工艺对KDP晶体装配附加面形畸变的抑制和倍频转换效率的实验验证。实验结果表明：提出的工艺方法对KDP晶体装配附加面形畸变具有良好的抑制效果，实测面形PV值为6.51μm，二倍频转化效率可达72.6%，且重复装配的一致性良好。该方法大幅提升了晶体倍频效率和远场光斑质量，并在工程上得到应用与推广。     

LD泵浦的全固体绿激光器研究

主要论述了用激光二级管(LD)泵浦、内腔倍频的绿激光器的原理和结构。在激光阈值、斜效率的讨论中指出:当LD的泵浦光束在激光晶体中的尺寸越小,光功率密度越高,激光阈值就越低,转换效率就越高;在放大基波的结构中,激光腔镜对基波的反射度越高,基波的放大倍数就越大,转换效率就越高;重点讨论了内腔倍频激光器中的“绿光问题”,指出造成“绿光问题”是由于模式正交分量之间的和频效应与空间烧孔形成的横向饱和;用Poincare图分析了激光器中出现的混沌行为;对如何克服“绿光问题”,得到稳定激光输出提出了几种方案。针对LD的光形状是一个椭圆光锥,选择了用多组透镜准直、棱镜对扩束的泵浦光传输系统方案;对腔体、激光膜层作了概述,具体提出了用平凹腔结构,并把激光膜层直接做在晶体上,可以减少腔内损耗;对YAG-KTP,YVO₄-KTP组合的绿激光器作了研究。在内腔倍频YAG激光器中观察到的实验现象很好地附合理论结果。在YVO₄-KTP的绿激光器中,比内腔倍频YAG激光器较容易得到YAG-KTP组合绿激光器,最大连续输出功率为14.4mW,阈值15.0mW,光-光斜效率为4.1%.YVO₂-KTP绿激光器:最大连续输出120mW,阈值100mW,光-光斜效率为6.3%.     

CW可调谐单频环形染料激光器β-BaB2O4晶体内腔倍频

本文论述了利用β-BaB₂O₄晶体进行内腔连续波环形染料激光器倍频,获得了可调谐单频紫外相干辐射。在292nm附近,用3WAr⁺激光(全谱线)泵浦,得到非线性转换系数～8.33×10^-4W^-1。通过改变相位匹配角,在288～302nm范围内输出连续可调谐紫外谐波。β-BaB₂O₄晶体角灵敏度～27cm^-1/mrad。     

超短脉冲染料激光倍频的实验研究

本文阐述了激光倍频的几个问题,实验中利用一块5.5×6×7mm³的BBO晶体对超短脉冲染料激光进行了腔外倍频实验。为了提高倍频转换效率,实验中利用了柱面镜及不同焦长的球面镜进行聚焦。最后,在基波平均功率120mV的情况下,得到了平均功率为0.54mV的紫外谐波辐射。考虑到基波及谐波的各种损失后,最大倍频转换效率η0.5%。     

外腔型YVO4拉曼激光器

采用提拉法生长了高光学质量的YVO4晶体,最大尺寸为28mm×40mm,重126g。以脉冲宽度为40皮秒的Nd:YAG锁模激光器作为激发源,研究了YVO4晶体在外置谐振腔条件下的拉曼输出特性：多波长输出的总转换效率达到51.4%,最大输出能量2.21mJ;1175nm一级斯托克斯拉曼输出的最高转换效率为32%,最大输出能量0.57mJ;1313nm二级斯托克斯拉曼输出的最高转换效率为12.3%,最大输出能量0.36mJ。     

Registration of picosecond CO<Subscript>2</Subscript> laser pulses by means of two-stage parametric transformation in nonlinear crystals

A technique for registering the temporal structure of picosecond pulses of CO₂ laser radiation with an energy of 1.5–4.5 μJ at a wavelength of 10.27 μm using two-stage parametric transformation of IR radiation frequency into visible light under pumping of nonlinear crystals by Nd:YAG-laser radiation in a Q-switched mode is described. A GaSe nonlinear crystal was used at the first stage of transformation (10.27 μm + 1.064 μm → 0.964 μm). Radiation was further transformed (1.064 μm + 0.960 μm → 0.506 μm) by using the same pumping in an α-HIO₃ nonlinear crystal. For the first time, no additional optical elements were present between the stages of the frequency transformer in the proposed optical scheme. The transformed radiation was registered with a Hamamatsu Temporal Disperser C1587 streak camera in a region of the photocathode maximum spectral sensitivity of ～0.5 μm with a temporal resolution of up to 2 ps. The minimum recorded pulse duration of the CO₂ laser was ～45 ps.     

晶体已加工表面频率特征对亚表层温度场的影响

为了更加准确地分析表面形貌对KH2PO4(KDP)晶体元件激光损伤和使用性能的影响，通过功率谱密度和连续小波变换对KDP晶体已加工表面存在的实际频率特征进行提取和重构。利用波动光学理论分析经入射波长1.064 μm、功率20 MW/μm2的激光束照射1 ns后，表面频率特征对KDP晶体亚表层光场及温度场的影响。结果表明，当表面频率特征的波长越接近入射光波长1.064 μm，KDP晶体亚表层的光场畸变现象越严重，会造成局部聚焦，温度越高；当波长超过20 μm时，在振幅不变的情况下，最高温度随着波长的增加基本不变。通过切削实验获得的KDP晶体已加工表面上明显存在的波长分别为14 μm、50 μm和140 μm，对KDP晶体亚表层造成的温升分别为56 K、22 K和12 K。当波长相同时，KDP晶体的最高温度与表面频率幅值成线性关系。随着表面频率波长的增加，温度最高点的位置向KDP晶体内部延伸。     

深紫外倍频用KBBF晶体光栅耦合器设计

分析了氟硼铍酸钾(KBe2BO3F2,KBBF)晶体的倍频特性,结合基波光光栅耦合和KBBF晶体内全反射特性设计了新型KBBF晶体光栅耦合器。介绍了KBBF晶体光栅耦合器设计原理。在KBBF晶体表面制作光栅结构,使其衍射级次满足匹配角进而产生倍频光;结合在KBBF晶体内的全反射传输,增大光程,获得高的倍频转化效率。通过计算晶体匹配角、走离角、倍频系数等参数,获得合适的光栅匹配类型。优化设计匹配光栅参数,获得了槽型参数及较高的衍射效率;基于光栅衍射效率与倍频转化率的关系获得了KBBF晶体光栅耦合器的倍频转化率计算公式,并给出它们的适用范围。最后,基于5.2mm×5.2mm×1mm KBBF晶体研制了晶体光栅耦合器,该光栅耦合器能够实现深紫外波段倍频光的输出,总倍频转化效率达到了16.86%     

全固态复合内腔和频570nm连续波黄光激光器

研制了全固态连续波570nm黄光激光器,黄激光分别由两片Nd:YAG的1444nm和946nm谱线非线性和频产生,两条谱线分别对应各自的晶体能级跃迁4F3/2-4I15/2和4F3/2-4I9/2。实验采用复合腔结构,利用KTP晶体II类临界相位进行内腔和频。测量了570nm黄激光输出功率随泵浦功率的变化,结果表明,当注入到两片Nd:YAG晶体的泵浦功率分别为24W和15W时,获得了560mW的连续波570nm黄激光输出,其4h功率稳定度优于±2.8%。在输出功率为560mW时,采用光束质量分析仪测量了激光输出光斑质量,结果显示,在570nm最大和频激光输出时的光束质量因子M2为2.3。所提出的复合内腔和频技术可为新波长激光器的发展提供参考。     

VCSEL直接倍频蓝光固态激光器的研究

980 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)采用直接倍频和在复合腔中倍频两种方式实现了490 nm蓝光输出。整形采用0.23p@980nm的自聚焦透镜(GRIN lens),倍频晶体选择非线性系数相对较大、允许角相对较宽的LBO晶体。在VCSEL输出功率为530 mW时,选取透过波长为980 nm、长度为0.23 pitch的自聚焦透镜整形,倍频晶体选择2 mm×2 mm×5 mm的LBO晶体,输出了50 μW的490 nm蓝光,在增加了曲率半径R=50 mm的外腔镜后得到了70 μW的490 nm蓝光。     

高功率准连续微秒脉冲钠导星激光

采用硼酸锂(LBO)晶体腔外和频Nd∶YAG 1 064nm与1319nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程,优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率,通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配,通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500,600,800及1000Hz条件下的和频输出特性,结果显示,该条件下分别产生了53,42.6,27及22 W的589nm激光输出,相应的和频效率分别为21.8%,20.3%,16.9%和16.3%。黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32,脉冲宽度为100μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频,实现频率的波动为±0.2GHz,保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。