全固态单模Nd：YAG激光器输出特性优化的实验研究

报道了一种使用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。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、光束圆率98.80.8%、M2值1.1的近衍射极限光束输出。     

大功率线阵激光二极管侧面抽运Nd:YAG激光器特性研究

对激光二极管（LD）抽运固体激光器中大功率线阵激光二极管三向对称侧面抽运的漫反射腔结构进行了研究。激光器使用Nd：YAG作为激光晶体，电光器件材料为KD^＊P晶体，漫反射体为陶瓷材料。实验表明，抽运光的利用率和均匀性有较大提高。在重复频率为10Hz下，实现了脉冲宽度8ns，最大平均功率为近2W的1064nm红外激光输出，激光器的效率有显著提高。     

边缘抽运薄片Nd:YAG激光器

边缘抽运薄片激光器设计使得冷却面和抽运面分开,解决了高功率抽运和抑制放大自发辐射问题,简化了激光器的结构设计.利用边缘抽运六角形1.at-%Nd:YAG薄片获得了5.1 W的输出,斜率效率为11.9%,并使用光线追迹的方法,分析了抽运光在晶体中的分布和吸收情况,指出了发展边缘抽运薄片激光器所要解决的关键技术.     

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。     

Nd:YVO4和Nd:YAG全固态激光器输出特性的比较分析

基于Nd：YVO4晶体的能级结构和速率厅程，对激光二极管端面抽运Nd：YVO4同体激光器的输入输出特性参量进行了理论研究。并通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内同有损耗和输出镜透过率的最佳值，并通过与激光二极管抽运Nd：YAG同体激光器的输出特性进行比较，获得了在相同条件下Nd：YVO4晶体的输出特性优于Nd：YAG晶体的高功率端面抽运的全同态激光器，其理论值与实验结果相吻合。     

Nd:GdVO4和Nd:YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd：GdVO4晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd：Gd．VO4固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd：YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd：GdVO4晶体的输出特性优于Nd：YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

激光二极管抽运的高光束质量的Yb:YAG薄片激光器

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb:YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800μm,在940 nm处最大输出功率为13.56W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30:12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8 at.-%,几何尺寸为φ7mm×1.6 mm国产Yb:YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了3.06 W的连续激光输出,激光器的斜率效率为33.1%,测得M2因子在x和y方向分别为1.54和1.73,具有良好的光束质量.     

大功率线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器特性研究

对激光二极管(LD)抽运固体激光器中大功率线阵激光二极管三向对称侧面抽运的漫反射腔结构进行了研究。激光器使用Nd∶YAG作为激光晶体,电光器件材料为KD*P晶体,漫反射体为陶瓷材料。实验表明,抽运光的利用率和均匀性有较大提高。在重复频率为10 Hz下,实现了脉冲宽度8 ns,最大平均功率为近2 W的1064 nm红外激光输出,激光器的效率有显著提高。     

侧面抽运Nd:YAG连续激光器

介绍了一种二极管侧面抽运的Nd:YAG连续激光器,获得了37.9W的连续1064um的激光输出,光-光转换效率为23.7％。用光线追迹法对实验中的具体参数进行了数值模拟,指出了实验中的不足之处,对侧面抽运结构的设计作了分析讨论。     

激光二极管侧面抽运调Q倍频Nd:YAG激光器

对高平均功率输出的激光二极管侧面抽运电光调Q倍频Nd：YAG激光器进行了研究,当采用90个60W的脉冲激光二极管阵列抽运时,在重复频率为10Hz下,实现了最大平均功率为1180mw的1064nm红外激光输出,光-光转换效率为11％。腔外倍频获得600mW的532nm绿光输出,倍频效率达到50％以上。     

激光二极管侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器

报道了激光二极管(LD)侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器.对影响侧面抽运薄片激光器性能的主要因素,即圆薄片增益介质内晶体光分布和沿径向的温度分布进行了理论分析和实验.实现了光-光转换效率为33.5%,峰值功率为230 W,光束参数乘积为21.6 mm·mrad的激光输出.实验结果表明,侧面抽运在薄片Nd:YAG晶体内可实现对称均匀的分布,沿径向的温度差大大减小;Nd:YAG/YAG薄片晶体的复合可满足侧面抽运的要求.这些技术和方法可应用于更高功率的侧面抽运薄片激光器.     

162 W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1250W的连续激光二极管阵列抽运下，获得了210w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10kHz时获得了162W的调Q绿光输出，光一光转换效率达到13％，脉宽约为80ns．光束质量M^2因子约为20。     

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。     

Nd∶GdVO4 和Nd∶YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd∶GdVO4晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd∶Gd-VO4固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd∶YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd∶GdVO4晶体的输出特性优于Nd∶YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

Nd∶GdVO4 和Nd∶YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd∶GdVO4 晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd∶Gd2 VO4 固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd∶YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd∶GdVO4晶体的输出特性优于Nd∶YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

1.5 kW激光二极管抽运Nd:YAG薄片激光器

报道了一台输出功率超过1.5 kW的激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器.设计了四通光学耦合系统,通过优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布.薄片激光介质镀完介质膜后镀Ti,Pt,Au实现金属化,再采用铟焊工艺焊接在铜微通道冷却器上,以提高散热效率和冷却的均匀性.采用两片直径40 mm,厚度1.3 mm的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个二极管激光器阵列抽运下,当每个薄片上的抽运峰值功率为17.7 kW,占空比10%时,获得了平均功率1.52 kW的准连续激光输出,光-光转换效率达到43%,电-光转换效率超过20%.     

激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2因子约为12×13。     

激光二极管侧面抽运调Q倍频Nd∶YAG激光器

对高平均功率输出的激光二极管侧面抽运电光调Q倍频Nd∶YAG激光器进行了研究,当采用90个60W的脉冲激光二极管阵列抽运时,在重复频率为10Hz下,实现了最大平均 功率为1180mW的1064nm红外激光输出,光2光转换效率为11%。腔外倍频获得600mW 的 532nm绿光输出,倍频效率达到50%以上。     

侧面抽运Nd∶YAG连续激光器

介绍了一种二极管侧面抽运的Nd∶YAG连续激光器,获得了37.9 W的连续1064 nm的激光输出,光-光转换效率为23.7%.用光线追迹法对实验中的具体参数进行了数值模拟,指出了实验中的不足之处,对侧面抽运结构的设计作了分析讨论.     

高能量激光二极管侧面抽运风冷Nd∶YAG脉冲激光器

介绍了一种激光二极管侧面抽运的风冷高能量Nd∶YAG激光器,当重复频率为30 Hz时,峰值功率可达到12 MW,脉冲宽度为11 ns。激光器重复频率为1~30 Hz可调,光光转换效率达到13.2%,激光输出波长为1064.2 nm,带宽为1 nm,光束质量因子M2为2.85。针对以往大功率激光器的冷却系统体积大的问题,采用半导体热电制冷(TEC)配合风扇的风冷系统,省去了体积庞大的水冷系统,为整机的小型化提供了可能性。