辐射平衡激光器谐振腔模型计算

介绍了辐射平衡激光器原理以及谐振腔模型,并对腔内激光和泵浦光满足的方程进行了推导。计算了在Yb:KYW辐射平衡激光器谐振腔中激光和泵浦光光强的变化规律,以及输出端耦合镜反射率和腔长变化时带来的影响。讨论了腔长的最小值与输出端耦合镜反射率之间的关系。     

抽运光对激光束空间分布影响程度的估算方法研究

为便于评价两种光场空间分布之间的偏离程度，引入一个数学参数δ进行研究。将该参数应用到谐振腔内分析了抽运光空间分布对基模振荡光光束质量的影响。这种影响主要表现为：若抽运光在激光介质中引起非均匀的增益分布，基模振荡光将偏离高斯分布。利用δ参数对这种影响的程度进行了定量估算。定量研究表明：δ参数可以直观地反映泵浦光分布对激光器光束质量的影响程度，而且在激光器的设计中δ参数的大小可衡量泵浦光分布的优劣。对于端面泵浦二极管泵浦固体激光器（DPL），稳恒运转下最理想的抽运光分布形式是高斯型抽运光，其半径等于谐振腔的基模高斯振荡光半径。     

LD侧面抽运Nd：YAG陶瓷激光器运转条件下归一化热参数优化理论及实验研究

考虑激光提取对介质内非辐射跃迁的抑制作用，建立和完善LD侧面抽运Nd：YAG陶瓷激光器运转条件下增益介质的发热模型，通过实验测量激光器斜率效率和增益介质吸收的抽运功率来推导出归一化热参数.通过归一化热参数，讨论了影响Nd：YAG陶瓷介质内热沉积的主要因素，研究结果表明：增益介质内热沉积对激光提取效率、交叠效率以及掺杂浓度的变化比较敏感.为有效减少热沉积，对所研究的掺杂原子百分比浓度为1.0%的Nd：YAG陶瓷多模激光器的输出耦合镜进行优化选择，激光提取效率提高到0.905，归一化热参数降低到0.474.研究结果可为进一步研究陶瓷激光器中热效应以及冷却方案设计等提供一定参考. 关键词： 热沉积 归一化热参数 Nd：YAG陶瓷     

热透镜控制激光光束质量技术研究

在端面抽运固体激光器中,就如何改善在高抽运功率时输出激光的光束质量,提出一种激光器的设计方法。在激光器谐振腔中放入多根掺杂浓度不同的激光介质,利用激光介质内部产生的热透镜控制抽运光和基模振荡光的空间分布,并且最大限度地使抽运光的分布区和基模振荡光分布区重叠,实现抽运光与基模振荡光在空间上高度匹配,进而提高抽运光能量的利用效率和振荡光的光束质量。实验表明,在不同抽运功率下,抽运光和基模振荡光在晶体内部的光斑的空间分布可通过热透镜加以控制。在端面抽运功率200 W附近时,实现了抽运光与基模振荡光较高程度匹配,光束质量因子M2由14.7改善为4.1。     

激光二极管抽运Nd:YV04和频黄光激光器的理论及实验研究

为了达到最佳和频593 nm黄色激光输出,采用激光二极管(LD)端面抽运Nd:YVO4晶体,根据四能级系统的速率方程理论,建立了空间相关的两波长激光运转速率方程模型,由此导出两波光子数表达式.对LD端面抽运Nd:YVO4/KTP三镜复合腔结构的腔内和频黄光激光器,在满足参与和频的两基频光光子数密度相等的条件下,理论上得到了谐振腔的各个参数.实验比较了在满足两波光子数密度相等和两波振荡阈值相等两种情况下激光器输出的593 nm黄色激光功率.在抽运功率为12 W时,二种情况下分别得到了410 mW和340 mW的黄光输出,光一光转换效率分别为3.4%和2.8%.由此可见,在满足两波光子数密度相等的条件下可以得到更高转换效率的和频黄光输出.     

折返式激光二极管侧抽运Nd:YAG激光器

提出一种明显改善激光二极管侧面直接抽运固体激光器输出光束质量的新型谐振腔——折返式谐振腔,它由三部分组成：直角棱镜、全反的腔镜以及耦合输出腔镜,采用振荡光顺次通过晶体内增益场强区的工作方式。它重叠利用不均匀增益场的对称强区,提高了晶体增益场和谐振腔基模的重叠度,达到改善器件输出光束质量和提高效率的目的。通过对受抽运晶体内的增益场分布及腔内振荡光的模拟分析以及实验测试,验证了这种谐振腔的优势。在此基础上,研制了采用准连续线阵列激光二极管抽运Nd：YAG的折返式激光器。研究比较了在不同类型谐振腔下,激光器的输出特性。例如：平-平直腔和平-平折返腔在耦合透过率为50％时的输出特性,其增益场和基模的重叠度由24％提高到53％,光-光斜效率由的20．2％提高到27．3％。     

激光二极管抽运Nd∶YVO_4和频黄光激光器的理论及实验研究

为了达到最佳和频593nm黄色激光输出,采用激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4晶体,根据四能级系统的速率方程理论,建立了空间相关的两波长激光运转速率方程模型,由此导出两波光子数表达式。对LD端面抽运Nd∶YVO4/KTP三镜复合腔结构的腔内和频黄光激光器,在满足参与和频的两基频光光子数密度相等的条件下,理论上得到了谐振腔的各个参数。实验比较了在满足两波光子数密度相等和两波振荡阈值相等两种情况下激光器输出的593nm黄色激光功率。在抽运功率为12W时,二种情况下分别得到了410mW和340mW的黄光输出,光-光转换效率分别为3.4%和2.8%。由此可见,在满足两波光子数密度相等的条件下可以得到更高转换效率的和频黄光输出。     

全固态单频钛宝石激光器

以自制激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4内腔倍频激光器作为钛宝石晶体的抽运源,采用四镜环形谐振腔结构,实现了全固态780 nm钛宝石激光器的连续运转.在考虑了钛宝石晶体长度以及环形腔像散补偿情况下,当532 nm的抽运光功率为9 W时,得到了最高功率为700 mW的波长为780 nm的单频激光输出.     

新型光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器

用量子阱技术生长的半导体材料作激光增益介质,AlGaAs/GaAs对做布喇格反射镜,并以简单的平凹腔做谐振腔,半导体激光器作泵浦源,制作出了光泵垂直外腔面发射半导体激光器.在抽运功率1.5 W时,得到了中心波长1005 nm、最大输出功率40 mW的激光,光－光转换效率2.7%.     

侧面抽运掺Yb3+双包层光纤激光器的理论研究

建立了侧面抽运掺Yb3+双包层光纤激光器的数值模型,推导出激光分布的近似解析式,并进行了数值模拟,得到了光纤内抽运光和激光功率的分布特性,以及激光输出功率随抽运光注入位置,光纤长度以及端镜反射率的变化关系.结果表明,抽运光注入位置对激光分布和激光输出功率有较大的影响.     

激光二极管端面抽运室温Tm,Ho:YLF连续固体激光器

报道了激光二极管端面抽运Tm，Ho：YLF固体激光器的输出特性.室温下，选用不同透过率的输出耦合镜进行了实验研究，确定了最佳输出耦合镜透过率为2%. 利用小孔扫描的方法，得到了激光远场的光强分布，证明激光为基横模输出，并且给出了热焦距随抽运功率的变化关系.通过在激光谐振腔内插入两个固体Fabry-Perot标准具的方法，获得了2μm激光的单频输出，阈值功率为250mW，在抽运功率为2.8W时，单频输出功率为118mW.此单频激光器可用作激光振荡器和激光放大器的种子源. 关键词： 激光光学 激光二极管 Tm Ho:YLF固体激光器 单频     

300 W侧面分布式抽运掺Yb全光纤放大器

采用角度磨抛的方式, 在纤芯/包层为20/400 μm双包层掺Yb光纤上制作了侧面抽运耦合器. 该耦合器对975 nm的半导体二极管抽运光的耦合效率最高可达97%, 对1080 nm信号光的泄漏比小于2%. 分析了侧面抽运耦合器的性能以及多个侧面抽运耦合器的级联分布对抽运耦合效率的影响; 同时, 在前向抽运和双向抽运方式下, 分析了级联耦合器的分布及信号光泄漏比对激光器整体效率的影响, 并进行了数值模拟. 采用自行研制的侧面抽运耦合器, 搭建了侧面耦合分布式抽运、掺Yb双包层全光纤主振荡功率放大器, 获得了波长为1080 nm、功率为303 W 的基模激光输出. 进一步增加抽运点个数, 提高抽运功率, 可获得更高的输出功率.     

Self-polarized ytterbium-doped fiber laser

We demonstrate a linearly-polarized, ytterbium-doped fiber laser that uses an uncoated, undoped ceramic YAG plate as the output coupler, and the corresponding polarization extinction ratio of laser beam increases with incident pump power and then saturates at larger pump power. For comparison, the output coupler of the fiber laser is replaced by 10% reflectivity plane mirror, while the feature of the polarization of laser output is kept unchanged. The results show that the origin of the pump-dependent and self-started polarization is associated with the intensity-dependent nonlinear birefringence in the gain fiber.     

泵浦匀化对Innoslab激光放大器光束质量的改善

针对结构紧凑的部分端面泵浦混合腔板条激光放大器,研究了泵浦匀化对其输出激光光束质量的改善作用。基于ZEMAX仿真软件,设计并对比分析了直接成像和波导匀化后再成像两种泵浦耦合方式对激光二极管阵列慢轴（晶体宽度）方向光强分布均匀性的影响,发现波导匀化后泵浦均匀性得到明显提升且激光二极管阵列发光坏点对泵浦成像的影响得以弱化。进一步实验验证了泵浦匀化对Innoslab激光放大器性能的改善作用:波导匀化后慢轴方向泵浦均匀度从90.6%提高到95.4%,进而使3通放大后输出激光光束质量因子M2从2.41提升到1.55,并且有效抑制了多通放大腔内的自激振荡。     

光纤激光泵浦MgO:PPLN高功率中波红外光参量振荡器

为实现高效率、高功率中波红外激光输出,研制基于MgO:PPLN晶体的中波红外光参量振荡器（OPO）,泵浦源为基于主振荡功率放大（MOPA）结构的线偏振掺Yb光纤激光器（YDFL）。实验结果表明:YDFL可实现最高79.1 W的1064.1 nm脉冲线偏振激光输出;在YDFL泵浦下,通过优化输出镜曲率半径和泵浦光束腰直径,该OPO实现最高9.15 W的3.754 μm脉冲激光输出,光光转换效率为11.57%,重复频率为300 kHz,脉冲宽度约为110 ns。     

由变反镜耦合输出的卡塞格林非稳腔激光技术研究

讨论了变反镜参数和由变反镜耦合输出的卡塞格林非稳腔参数的相互关系以及它们对激光光束特性的影响。在此理论基础上，设计了Ｎｄ：ＹＡＧＱ形状高功率高光束质量的激光系统，获得了脉冲能量为１．４ＪＥＭ００模，脉宽１０ｎｓ，重复频率１０ｐｐｓ，束散度达到衍射极限的１．１倍，其倍频效率及混频效率分别为６０％和３０％。     

高功率宽带射频调制连续激光源

射频强度调制激光作为激光雷达系统的载波可以有效提高系统的抗干扰和抗散射能力,高功率宽带射频强度调制光源是实现高分辨率远距离探测的关键.本文采用在Nd:YAG激光器的耦合腔中插入一对四分之一波片的方法实现了频差调谐范围为30 MHz—1.5 GHz的双频激光输出,结合光纤振荡功率放大技术,将双频信号光功率放大为50 W.耦合腔双频种子源具有良好的功率和频率稳定性,输出功率为9.5 mW时,功率标准差为0.145 mW,稳定性为1.52%,输出双频激光的频差为250 MHz时,拍频的标准差为1.6144 MHz.种子光进行三级光纤功率放大,得到50 W双频激光输出.放大后的双频激光功率波动范围小于0.1 W,双频拍频的标准差为1.777 MHz,很好地保持了放大之前的功率稳定性和双频频差稳定性.     

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。     

线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器特性研究

依据四能级系统速率方程 ,推导出了多横模振荡固体激光器输出与输入参量的关系。对二极管抽运固体激光器中线阵激光二极管三向对称侧面抽运结构 ,计算了抽运光强分布 ,并就激光器的阈值抽运功率、近阈值条件下的斜率效率、输出功率和光束质量等与抽运参量的关系 ,进行了数值计算。由计算结果看出 ,线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器中晶体半径和抽运光束腰半径是影响输出激光功率和光束质量的主要因素 ,并通过在谐振腔中加小孔选模 ,使光束质量得到明显改善。选择了一组三向侧面抽运结构参量进行了实验验证 ,实验结果与理论计算一致。     

Directivity influence of signals propagation through EDFA gain medium of Brillouin-erbium fiber laser

We experimentally demonstrate a multiwavelength Brillouin-erbium fiber laser in two configurations; uni-directional and bi-directional propagation of Brillouin pump and Brillouin Stokes signals through an Erbium-doped fiber gain. The influence of these configurations on the performance of the output parameters in terms of lasing threshold, output channel generation and tuning range of the generated output channels are investigated. We discovered that there is a trade-off between these two fiber laser configurations. The uni-directional amplifier configuration provides greater tuning range of 46.8 nm against 23 nm at maximum Brillouin pump power of 2 mW and 1480-nm pump power of 130 mW. On the other hand, the bi-directional amplifier configuration provides 13 output channels against 6 output channels obtained from the uni-directional amplifier configuration at the same pumping powers. Nevertheless, the bi-directional amplifier configuration requires much lower pump power to initiate lasing.