高功率激光器抗失调谐振腔的实验研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,提出了两种新型激光谐振腔结构,分别是带角隅反射镜的激光谐振腔和直角内圆锥面反射镜激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了这两种激光谐振腔的输出特性和腔镜失调的关系,并结合平凹稳定腔,对三种激光谐振腔的抗失调稳定性进行了对比。实验结果表明,随着全反镜或平面输出镜失调角的增加,角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降速度小于直角内圆锥面全反镜腔。两种新型谐振腔全反镜的抗失调稳定性都超过平面输出镜。角隅全反镜谐振腔和直角内圆锥面全反镜谐振腔的抗失调稳定性均大大超过平凹稳定腔。     

改善输出光束质量的环形凹面镜激光谐振腔的研究

武汉光电国家实验室工业激光器研究团队一直致力于高功率高光束质量激光器的研究,在新型谐振腔的研究中,获得授权发明专利3项,申请发明专利2项。该团队提出了一种新型激光谐振腔,即环形凹面镜激光谐振腔,该谐振腔由一个环形凹面反射镜和一个平面输出镜组成。理论模拟表明,菲涅尔系数为8．05的环形凹面镜激光谐振腔的输出光束M2因子接近于菲涅尔系数为2．01的平凹稳定腔的输出光束肝因子,环形凹面镜激光谐振腔的模体积为平凹稳定腔模体积的4倍。利用该谐振腔在高功率横流CO。激光器进行了试验研究,输出光束为等相位面的环形光斑,即近场为环形分布,远场（聚焦处）为中央亮斑分布。相同光阑尺寸的平凹稳定腔和环形凹面腔对比研究表明,在激光功率没有明显降低的情况下,输出光束的肝因子由平凹稳定腔的7．5提高了1．9。环形分布光束可以降低谐振腔镜片和外光路镜片的热畸变,对于高功率激光器的工业应用非常有意义。这种谐振腔结构简单,进一步解决其失调稳定性问题,将有助于该类谐振腔在多种工业激光器中获得应用。     

折叠-组合腔不同曲率输出镜近场光束分析

多维轴对称折叠组合腔由一个或多个折叠腔和一个共轴球面腔组合而成，共用一个平凹输出镜产生并合光束。为了得到更稳定、更高功率的激光输出，基于矩阵理论建立了基模高斯光束斜入射通过凹面镜的理论模型，并对输出光束的近场光强分布和光斑大小做了非相干并合和相干并合的数值计算和模拟。结果表明随着输出镜曲率半径的减小，光强峰值和光斑大小有轻微减小，稳定性更高。     

适用于圆筒形增益区的同轴四镜腔的失调分析

采用矩阵光学方法，对适用于可见光的圆筒形增益区同轴四镜腔中的腔镜因倾斜而产生的失调特性进行了分析，给出了相关计算公式。该四镜腔由同轴的一个复曲面全反镜和两个光学玻璃加工的透镜和一个平面输出镜组成。以He-Ne激光器为例，给出了数值计算结果，关键元件复曲面镜的失调对输出的影响较大。这为腔元件的加工以及腔镜的安装调试提供了参考。     

CO_2 激光器平凹谐振腔的实验选择

对于封离式CO2激光器,目前大多采用平凹谐振腔,即输出镜为锗平行平面镜(一般不镀膜),全反射镜为镀金凹面镜.考虑到放电管的直径和长度以及锗镜两反射面的平行度,凹面反射镜取多大的曲率半径才能得到谐振腔的最佳匹配,从而得到最大的基模激光功率输出呢?对以上问题我们进行了实验选择.得到的结果是,当凹面镜的曲率半径R为腔长L的1.3至2.3倍时,都可以得到较大的基模功率输出.做实验用的激光器的凹面反射镜是可调可更换的.因而每更换一个凹面反射镜,都可以调得相应的最佳耦合,并调节激光器的工作电流,测得相应的最大输出功率.对于这个结果,曾…     

高功率LD阵列泵浦激光器小型化研究

为满足一些武器装备对激光系统小型化及输出激光光斑均匀性较高的要求,通过设计LD侧面对称半环状泵浦的泵浦方式,使得输出的激光光斑形状基本为圆形,激光光斑的均匀性有了较大提高.采用凹面全反射镜补偿热效应以及设计紧凑激光谐振腔型,在注入电流60 A、频率为20 Hz时,得到平均单脉冲能量为96 mJ (脉冲能量波动小于6%)、脉宽为10 ns、发散角为3 mrad的近似圆形激光输出,激光系统在高温50℃时工作稳定.     

LBO腔内和频593 nm激光器

报道了LD纵向泵浦NdYVO4晶体,经腔内和频得到593 nm激光输出的实验研究.采用一个线性平凹腔实现了1 064 nm和1 342 nm双波长连续波振荡,利用LBO腔内和频产生593 nm激光输出.在泵浦功率为1.4 W时得到593 nm的输出功率为70 mW.593 nm光束远场发散角小于1 mrad,光斑椭圆度为0.999,且具有低噪声输出特性.实验结果表明,该结构激光器是获得衍射极限全固体黄激光器的实用方法.     

双色膜V形有源镜结构的固体热容激光器输出特性

 为了避免片状布儒斯特角结构热容激光器由热退偏造成的腔内高动态损耗，采用双色膜技术研制了V形有源镜结构固体热容激光器。该激光器采用曲率半径为5 m的平凹稳定腔结构，共8片Nd:YAG介质，每片介质表面采用双色膜层设计，每2片构成一个模块，由3支氙灯提供能量，激光器由4个模块构成。在双色膜层上，泵浦光透过率大于95%，对1 064 nm光波反射率大于99.7%。在1 ms脉宽重复频率运转条件下，激光输出随时间下降并渐趋平稳；在5 ms脉宽运转时，单脉冲输出47 J，输出峰值功率达9.4 kW，与计算得到的10.11 kW的峰值输出基本相符。该振荡器的总体电光效率达到了1.2%，通过进一步优化后，具备向更高功率定标放大的潜力。     

二极管泵浦Nd:YAG板条双通放大器技术研究

对二极管泵浦NdYAG板条双通放大器进行了理论设计和数值计算.在注入能量1 mJ,小信号增益为0.23 cm-1时理论计算结果为双通放大器输出能量为229.8 mJ.实验在10 Hz时获得单脉冲输出能量216 mJ;400 Hz时获得单脉冲输出能量203.4 mJ,光束质量因子小于5,激光脉宽为16.9 ns.实验结果与理论计算基本吻合.用相位共轭镜取代0°全反镜,超高斯镜取代振荡级输出镜,并采用镜面均匀的光学器件可以改善光束质量及光斑均匀性.     

圆形高斯镜平凹腔腔镜变形时激光模场分析

把圆形高斯镜平凹腔自再现模的衍射积分方程转化为有限阶的矩阵方程,在平面输出镜呈高斯分布的镜面变形时,数值计算了激光场模式的场强、相位分布和模式本征值。结果表明,当变形量较小时,随着变形量的增加,镜面上光场的分布范围增大,也就说明模体积增大,但镜面光场仍保持拉盖尔-高斯光束基模特征,相位由平面慢慢变得凸起,远场分布变化不明显。当变形量较大时,光场分布开始发生畸变。从模式本征值的变化看,在一定的变形范围内,本征值下降不多,说明较小的变形量对激光损耗影响不大,仍能使激光较稳定输出。在圆形高斯镜平凹腔输出镜发生不大的高斯状变形的情况下,仍有维持输出高质量激光束的能力。     

Output characteristics of right angle cone mirror cavity laser

The anti-misalignment stability and output characteristics of the right angle cone cavity laser are experimentally studied. When the misalignment angle of the cone mirror turns to 46.8 minutes, the single-pulse output energy of the plano-cone cavity laser decreases 24% and the near-field beam patterns have little change; as for the beam directional stability, when the measuring place stands 3.12 m in front of the output mirror, the near-field beam patterns of the plano-cone laser are located at the primary places until the misalignment angle of the cone mirror turns to 18 minutes. These results show that the plano-cone cavity laser has better performances in comparison with the plano-concave cavity laser. The analytical results of the mode instrument are also obtained, which show that the near-field beam intensity distribution of the plano-cone mirror cavity laser is near to the plane wave.     

角锥棱镜谐振腔激光模式模拟研究

为了探究角锥棱镜谐振腔激光模式,以角锥-平面镜腔为例,将角锥棱镜等效为衍射光栅,考虑角锥镜棱宽在谐振腔中的衍射效应以及二面角误差引起的附加相位分布对谐振腔激光模式的影响,在光学谐振腔理论的基础上,建立了求解本征模式的理论分析模型.采用快速傅里叶法数值模拟不同腔长、角锥镜棱宽和二面角误差情况下该无源谐振腔激光输出模式分布情况.结果表明,在腔长30 cm、角锥镜棱宽小于75μm、二面角误差在-10′~5′之间时,可实现光斑完整的圆形分布输出模式,且有较好的光束质量;棱宽不小于0.4 mm,二面角误差在-40′~10′之间时,光斑为TEM 03阶横模,光场呈六瓣分布;当角锥镜棱宽为0.4 mm、二面角误差为3′,腔长从30~90 cm范围内增加时,该谐振腔输出的激光模式从TEM 03转换成TEM 10.     

角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4+:YAG被动锁模激光器的研究

理论分析并数值模拟了腔内光强随角锥棱镜旋转的变化,实验证明在角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4 :YAG被动锁模激光器中,偏振耦合输出得到了锁模深度和锁模几率近乎100%的线偏振被动锁模脉冲输出.通过旋转角锥棱镜改变偏振耦合输出、调节腔内光强,可以得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,脉冲能量166.5 mJ/pulse,脉冲动静比高达59.7%.     

Beam steering of external cavity diode laser by an intracavity electro-optic ceramic deflector

A novel beam-steering external cavity diode laser using an intracavity lead lanthanum zirconate titanate(PLZT) electro-optic ceramic deflector is proposed and demonstrated experimentally.The laser consists of a semiconductor laser with single mode fiber coupled output,polarization controller,PLZT electro-optic ceramic deflector,and output concave mirror.By applying proper driven electrical signals on the PLZT electro-optic deflector,the beam deflection angle achieves 5.8 mrad at 1 000 V.A high-speed beam-steering property with less than 120-ns switching time is also observed.Moreover,a good beam quality with Gaussian spatial profile and a linear polarization state are obtained.     

A simple method for automatic cavity alignment of a solid-state laser

Misalignment of a laser cavity would result in the displacement of beam location on the cavity mirrors. We present a simple method for automatic cavity alignment of a solid-state laser through detecting the location of the laser beam on the rear mirror, with which neither external alignment beams nor modifications to the cavity are required. The rear mirror of the laser cavity is replaced by a tip/tilt mirror to compensate for the misalignment. Experiments show that this method could effectively correct the misalignment of the laser cavity and restore the output power to almost the original value when the resonator is well aligned.     

高能量高转换效率355 nm紫外激光器

为了得到一种三倍频效率高达60%的355 nm脉冲激光器,采用曲率半径分别为2 m的凹凸高斯镜和9 m的平凹全反镜组合作为谐振腔,加以电光调Q,得到1 064 nm高光束质量激光输出,再将其进行行波放大,获得重复频率10 Hz、脉宽7.3 ns、单脉冲能量1.01 J的1 064 nm基频光输出。利用Ⅰ类相位匹配LBO晶体进行二倍频、Ⅱ类相位匹配LBO晶体进行三倍频以得到波长为355 nm的紫外光输出。通过二倍频和三倍频输出特性和非线性晶体参数的分析和实验调试,最终获得了单脉冲能量为608 mJ、脉宽为5.7 ns、线宽为2 nm的紫外激光输出。通过优化二倍频的转换效率,可使1 064 nm基频光到三倍频得到的355 nm紫外光的转换效率达60%。     

角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

 为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。     

Greatly improved stability of passively Q-switched Ce:Nd:YAG laser by using corner cube prism

In order to solve the hard problem of laser instability, a miniature Cr⁴⁺:YAG Q-switched Ce:Nd:YAG laser with a retroreflecting corner cube prism is demonstrated. The corner cube prism is insensitive to misalignment in any direction. Laser cavity with the prism is found to meet the condition of violent change of environment temperature and the variation of thermal lens of laser crystal by our experiment. Compared with flat-flat cavity, stability of the laser with a retroreflecting corner cube prism is improved remarkably.