LD泵浦Nd3+:YVO4 1342nm激光器实验研究

介绍了LD泵浦Nd3+∶YVO4 1342nm激光器得到296mW的激光输出,最大斜率效率达到21.2%.同时给出了1342nm激光的光谱曲线及其输入-输出功率特性曲线.     

Tm脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器

介绍了Tm:YAP脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器.首先介绍了Tm脉冲激光器,由实验分析,对YAP固体激光器腔型结构进行优化,确定了适合泵浦ZGPOPO的YAP激光器腔型,得到较理想的2 μm脉冲激光输出.中红外固体激光器由优化后的Tm:YAP激光器泵浦ZGP光学参量振荡器(OPO)组成,最终得到输出功率达瓦级以上的3...     

LD端面抽运1.5μm Er3+,Yb3+∶YAl3（BO3）4激光器

报道了一种基于Er3+,Yb3+∶YAl3(BO3)4晶体的1.5μm固体激光器。为了解决由晶体严重的热效应所导致的激光器转化效率较低以及无法连续运转的问题,对控温炉设计以及抽运光源参数,如调制频率、占空比和腰斑尺寸等,进行了实验优化,从而减小了晶体的热负载,提高了准连续激光器的输出性能。在抽运源调制频率为40Hz,占空比为10%,抽运光腰斑半径为80μm,注入功率为17.6W时,获得了2.6W的准连续1.5μm激光输出,斜率效率为18.1%;同时在抽运功率为5W时,实现了290mW的连续单横模1.5μm激光输出,斜率效率为8.5%。     

能提高激光器系统性能的高功率泵浦激光二极管

高功率多模激光二极管的异质结构、掺杂以及其他性能的改进可使各种激光系统，诸如光纤激光器、激光二极管泵浦固体激光器以及高功率光纤放大器等的效率提高70％以上。这种关键部件可有效地使输入电流转换成中红外激光，是使激光系统性能提高和成本降低的关键。高功率多模泵浦激光二极管结构基本性能的改进和新的泵浦结构、高功率转换效率、     

室温脉冲Fe2+:ZnSe中红外激光特性研究

处于3~5m波段的激光源在遥感、环境保护、医疗、通信和红外对抗等民用和军用领域都有广阔的应用前景。Fe2+:ZnSe晶体由于在材料特性和光学特性等方面都具有明显优势,是3~5m波段极具潜力的激光介质之一。在室温条件下利用自制非链式脉冲HF激光器作为泵浦光源,对晶体直径为10 mm,厚度1 mm,Fe2+离子掺杂浓度为31019/cm3的Fe2+:ZnSe晶体进行了研究,获得了中心波长4 295 nm、最大输出能量78.8 mJ的中红外激光输出。输出激光能量相对于晶体吸收泵浦能量的转换效率为27.7%,斜率效率达28.8%。采用小角度（3）斜入射的方案很好地解决了Fe2+:ZnSe激光器谐振腔镜镀膜问题。     

Er3+掺杂硫系光子晶体光纤的中红外增益特性研究

实验制备了质量比为1%的Er3+掺杂75GeS2-15Ga2S3-10CsI(GGSI)硫系玻璃,测试并计算了相关光谱参数,使用多级法计算了设计的光子晶体光纤(PCF)在2.8μm的中红外信号的模场分布。在此基础上,建立了Er3+的四能级粒子数速率-光功率传输方程模型,模型综合考虑了Er3+的交叉弛豫和能量上转换,模拟得到了Er3+掺杂GGSI硫系玻璃PCF在2.8μm的中红外增益与掺杂光纤长度、泵浦功率和信号功率的变化关系。研究结果显示,Er3+掺杂GGSI硫系PCF放大器在2 750～2 950nm波段平均信号增益值超过了40dB,明显优于传统结构光纤的平均信号增益值20dB。     

2 μm单掺Ho固体激光器及ZnGeP2晶体应用于中长波输出的研究进展（特邀）

2 μm、中波红外3~5 μm及长波红外8~12 μm波段的激光处于大气传输窗口,在激光医疗、环境监测、激光雷达、化学遥感和红外对抗等领域有着非常广阔的应用前景。基于非线性频率转换技术,采用非线性光学晶体在实现中长波红外固体激光输出方面具有结构简单、宽调谐和高功率等技术优势。尤其是使用2 μm单掺Ho固体激光器泵浦ZnGeP₂晶体,在3~5 μm和8~10 μm中长波红外输出中性能优异。在平均输出功率方面,目前可达到102 W@3~5 μm、12.6 W@8.2 μm以及3.5 W@9.8 μm的输出水平,光束质量M2均小于3,其中中波的光光转换效率可达60%。文中针对2 μm单掺Ho固体激光器及ZnGeP₂晶体在中长波输出方面进行了总结。     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的中红外发光及能量传递机理

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃(TeO2-ZnO-Na2O),根据测量得到的吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品中Ho3+离子的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等各项光谱参数。同时,测量得到了不同Ho3+离子掺杂浓度下玻璃样品的荧光发射谱。结果显示,在808nm抽运光激励下Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃样品发射出较强的2.0μm中红外荧光。分析表明,较强的Ho3+离子中红外荧光来自于Tm3+/Tm3+离子间共振的能量传递过程,以及Tm3+/Ho3+离子间基于零声子和单声子辅助非共振的两部分能量传递过程。由此进一步计算得到了Tm3+/Tm3+、Tm3+/Ho3+离子间的能量传递微观速率、临界半径和声子的贡献。最后,计算分析了Ho3+…5I7→5I8能级间跃迁的2.0μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数。研究表明,Tm3+/Ho3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为2.0μm波段中红外固体激光器的潜在增益基质。     

中红外4 μm波长下MgF2晶体脊形光波导的制备及特性研究（特邀）

为了研究离子与中红外晶体相互作用的机理,探索中红外晶体光波导的制备和性能,采用离子辐照技术结合精密金刚石刀切割,在MgF₂晶体材料中制备了深度17.5 μm、宽度14 μm的脊形光波导。采用SRIM软件模拟了C5+离子辐照MgF₂晶体的电子能量损伤和核能量损伤的过程,分析了波导的形成机理;模拟了波导的折射率变化,并对波导的近场模式进行了实验测量和理论模拟;采用热退火处理来降低波导的传输损耗,将传输损耗降低为0.4 dB/cm;微拉曼光谱证明离子辐照过程并未对MgF₂晶体波导区造成较大的晶格损伤。该工作表明,离子辐照技术结合划片机精密切割是一种十分成熟的脊形波导制备手段,制备的MgF₂晶体脊形光波导在中红外集成光学和光通讯领域具有广泛的应用前景。     

Er3+,Yb3+:glass/Co2+:MgAl2O4复合材料LD泵浦被动调Q微型激光器

报道了一种应用于激光测距的Er³⁺,Yb³⁺:glass/Co²⁺:MgAl₂O₄复合材料LD泵浦的被动调Q微型激光器。 采用玻璃与晶体复合技术,将增益介质Er3＋/Yb3＋共掺 磷酸盐玻璃和被动调Q可饱和 Co²⁺:MgAl₂O₄晶体进行了光学热复合,复合材料会降低增益介质内部的温度梯度 ,使热焦距变长,模体积 增加,激光光束质量提高;另外,复合材料使腔内损耗减小,腔内的粒子数密度提高,脉宽 变窄,输出能 量增加,从而激光器性能得到提高。在重复频率为10Hz情况下,采 用中心波长为940nm的单管LD作为泵 浦源,获得单脉冲能量为210μJ、脉冲宽度为2.8ns,峰值功率大于70kW的波长为1.5 μm的被动调Q激光输出,光束质量为1.2     

Tm3+/ Ho3+离子掺杂中红外超快激光技术研究进展（特邀）

稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。     

LD泵浦的kHz,Er3+,Yb3+:glass被动调Q微片激光器

目前1.5m LD泵浦铒玻璃被动调Q微型激光器是军事激光测距的研究热点,获得较高的激光重复频率和单脉冲能量尤为重要。文中主要报道了一种应用于激光测距领域的铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微片激光器。激光器采用中心波长为940 nm的单管二极管为泵浦源,铒镱共掺磷酸盐玻璃（Er3+,Yb3+:glass）作为增益介质,CO2+:MgAl2O4（CO:MALO）作为可饱和吸收体。通过分析泵浦光斑半径对模式匹配影响,优化泵浦光斑半径,实验分析可饱和吸收体初始透过率T0和输出镜反射率R对输出激光参数影响,优化T0和R值。最终实验中采用增益预泵浦方式,实现重频1 kHz,单脉冲能量40 J,脉宽5.09 ns,峰值功率7.85 kW,光束质量M2=1.4,波长1 535 nm的稳定激光输出。     

透镜组耦合793nm LD抽运掺Tm~(3+)光纤激光器

为了实现2μm激光高效输出,采用793nm激光二极管端面抽运掺Tm3+光纤激光器的方法设计了抽运光耦合系统,分析了掺Tm3+光纤激光器的交叉弛豫效应及热效应,并进行了相关的实验研究。结果表明,获得耦合系统的耦合效率为84%;当入纤抽运光功率为70W时,获得34W激光输出,斜率效率为59%,中心波长为2001.2nm,光束质量M2≤1.2。该研究结果对掺Tm3+光纤激光器的设计具有指导意义。     

Na_2(b~3Σ_g~ )→Na_2(x~3Σ_u~ )发射光谱

用XeF激光的351毫米微来激励Na_2(x~1Σ_g~ )得到c~1Π_u→2~1Σ_g~ 跃迁范围内三条受激发射谱线及b~3Σ_g~ →x~3Σ_u~ 830毫微米至900毫微米准连续发射谱。文中讨论了这两个跃迁的关联并估计了产生激光振荡的可能性。     

同步脉冲诱导的高功率中红外差频产生技术（特邀）

提出并实验探究了基于同步脉冲诱导的中红外差频产生技术,利用高速光电探测器将泵浦光脉冲转换为超短电信号,使其驱动宽带的幅度调制器,作用于可调谐连续激光器上,从而实现双色脉冲的稳定时域同步。利用了同步脉冲诱导的非线性差频过程,有效降低了光参量下转换的泵浦阈值,能够获得瓦量级的中红外超短脉冲输出,最大泵浦光转换效率达60%,且中心波长在3000~3175 nm范围内可调谐。得益于全保偏光纤架构,平均功率的不稳定度(STD/MEAN)在1 h内低至0.07%,展现了优异的长期稳定性。此外,该方案利用光-电-光高速调制实现高精度脉冲同步,免除了复杂的反馈电路,具有结构简单、即插即用、鲁棒性强的特点,为拓展中红外光源在野外的应用奠定了基础。     

基于Re:YAG-SiO2光纤的单频光纤激光器研究进展（特邀）

Re:YAG-SiO₂多组分玻璃光纤是以Re:YAG作为纤芯材料,以石英管作为包层材料,采用熔芯法利用拉丝塔在高温下拉制的特种光纤,具有掺杂浓度高、增益大、机械强度高、易与石英光纤熔接等优点,适用于短腔单频光纤激光器。文中介绍了Re:YAG-SiO₂光纤的制备工艺,结合笔者课题组在该领域的研究工作,综述了近年来基于Re:YAG-SiO₂光纤的单频激光技术在1.0 μm,1.5 μm及2.0 μm波段的研究进展,并对Re:YAG-SiO₂光纤的制备及基于该类光纤单频激光器所存在的问题进行了归纳分析,对未来的发展进行了展望。     

白色荧光粉Gd2(MoO4)3:Dy3+,Tm3+的制备及发光性能

采用高温固相法合成了一系列Gd₂(MoO₄)₃:D y³⁺, Tm³⁺白色荧光粉。通过XRD衍射、荧光光谱分析对荧光粉的物相结构以及发光性能进 行了研究,且通过色坐标监测样品的发 光颜色。发射光谱显示荧光粉Gd2－x(MoO₄)₃:xDy 3+在387nm激发下,Dy³⁺的²F₉→⁶H15/2跃 迁的蓝光发射及²F₉→⁶H13/2跃迁的黄光发射最强,随着Dy³⁺浓度增加 ,色坐标由白光向黄 光转移。在Gd₂(MoO₄)₃:Dy³⁺,Tm³⁺的发射光谱中,在361nm激发下,可以同时看到Dy³⁺的 黄光发射和Tm³⁺的蓝光发射,即Dy³⁺的²F9/2→⁶H13/2黄光 跃迁和Tm³⁺的¹D₂→³F₄蓝光跃 迁,因此,通过调节Dy³⁺,Tm³⁺的浓度可以使样品发出白光。当Dy³⁺浓 度为12%,Tm³⁺ 浓度为7～14%时,样品皆在白光区。当Dy³⁺,Tm³⁺浓度均为12%时,样品的色 坐标为(0.338,0.329 )最接近标准白光(0.33)。同时,在 Dy³⁺与Tm³⁺共掺的体系中,可以看到Tm³⁺向Dy³⁺的能量传递。     

缺陷镜技术直接产生高功率高阶涡旋激光研究（特邀）

涡旋光在光通信、量子纠缠、新的非线性光学效应、微纳机械加工、超分辨成像和光镊等领域具有重要的应用价值。涡旋光应用的前提条件是高质量涡旋光束的产生,将缺陷镜技术和固体激光谐振腔技术结合起来研究,对直接产生高光束质量、高稳定性和大拓扑荷数（高阶）的涡旋激光具有明显的优势。当前,该项技术多是用在简单的两镜线性腔中,且以连续波涡旋激光为主。文中使用紫外皮秒脉冲激光器制备了点缺陷镜,并采用LD端面泵浦Nd:YVO₄晶体作为激光实验平台,构造了V型激光谐振腔,首次实现了复杂谐振腔内直接产生高阶涡旋激光输出。当吸收功率为11.46 W时,获得了最高输出功率为2.69 W的三阶涡旋激光,斜效率达到23.6%;进一步调节谐振腔及点缺陷尺寸,最高获得了13阶涡旋激光输出。该研究表明缺陷镜技术也可以用于复杂结构激光谐振腔,直接产生高阶涡旋激光,从而为其他运行模式（如调Q和锁模）的高阶涡旋激光研究提供了一定的依据。     

中红外大能量高功率周期量级光学参量啁啾脉冲放大的发展及应用（特邀）

近十年来,超强超短脉冲是激光光学发展的一个重要趋势。尤其是在中红外（MIR）波段,由于中红外波长具有更大的有质动力并且其光谱范围几乎包含了所有分子“指纹”共振峰,这使得中红外激光的研究在强场物理、中红外光谱学、材料加工以及生物医学研究等领域中至关重要。目前已经有许多比较成熟的激光技术可以对脉冲进行整形、放大,例如差频（DFG）、啁啾脉冲放大（CPA）、光学参量放大技术（OPA）以及光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）等。利用OPCPA技术具有的高放大增益、高信噪比、宽增益带宽的优点在高非线性系数的非线性晶体中进行脉冲放大已经成为当前获取超强超短中红外脉冲的主要手段之一。文中总结了利用OPCPA技术在2~20 μm波长范围内产生和放大MIR少周期脉冲的研究进展,并对其在强场物理、分子频谱探测以及生物医学方面的应用进行了简要的阐述。