用于空间碎片探测的百赫兹3.31 J高光束质量全固态Nd:YAG激光器

基于激光二极管侧面抽运棒状放大器的方式,研制了一台应用于空间碎片探测的高重复频率、高光束质量焦耳级的Nd:YAG纳秒激光器.激光器采用主振荡功率放大的结构,主要包括单纵模种子、预放大单元、受激布里渊散射相位共辄光束控制单元和能量提取单元四部分.在能量提取单元,为了减小热效应对光束质量的影响,降低了放大器的工作电流,采用了分束-放大-合束的方案.在重复频率100 Hz,单纵模种子注入单脉冲能量10.73μJ的条件下,获得了3.31 J的能量输出.输出激光的脉冲宽度为4,58 ns,远场光束质量为2.12倍衍射极限,能量稳定性(BMS)为0.87%.     

200 Hz高重复频率SBS脉宽压缩实验研究

受激布里渊散射(SBS)脉宽压缩是实现高峰值功率、短脉冲激光输出的重要途径之一,然而,目前SBS脉宽压缩仅限于1~10 Hz低重复频率激光器,限制了高重频短脉冲激光器在激光雷达、空间碎片探测以及目标成像等领域的应用。基于此,开展了高重复频率下的SBS脉宽压缩实验研究。设计搭建了高重复频率的主振荡放大激光器,开展了SBS二次级联脉宽压缩和SBS振荡放大双池脉宽压缩实验。通过SBS二次级联压缩实现了脉冲宽度从~32 ns压缩到~1.9 ns,脉宽压缩比达16倍;而通过SBS振荡放大双池结构实现了脉冲宽度从~4 ns压缩到376 ps,脉宽压缩比达10倍。实验结果表明,采用该超净封闭型SBS相位共轭镜,在Stokes光输出能量达50 m J时,无光学击穿现象,实现了在200 Hz高重复频率下的SBS脉宽压缩。     

基于布里渊放大的非共线四束激光串行组束的研究

理论上分析了基于布里渊放大的非共线组束结构中组束效率的影响因素,结果表明,当Stokes种子光和抽运光的夹角限制在90 mrad范围内时,组束效率可以达到80％以上.根据数值模拟的结果,设计了非共线四束激光组束的实验,实现了四束工作频率为10 Hz,能量分别为70.4 mJ,71.3 mJ,78.9 mJ,70.1 mJ的激光组束,组束输出能量为189 mJ.为了进一步简化结构和降低系统损耗,设计了适用于多束激光非共线组束的介质池结构. 关键词： 激光组束 受激布里渊散射 相位共轭 布里渊放大     

多光束泵浦中红外激光器

为了获得高功率高效率3 m～5 m中红外激光输出,利用双声光调Q晶体,通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,获得高功率高光束质量1.06 m激光双端输出,外置起偏器获得4束激光输出,利用波片偏振旋光原理,实现4束偏振态一致的激光输出,泵浦非线性晶体PPLT进行频率变换,实现高功率3 m～5 m中红外激光输出。在电源输入电流30 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率10.6 W的3.9 m中红外激光,1.06 m～3.9 m转化效率为9.5%。实验结果表明:通过双声光调Q技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,可以实现4束高重复频率窄脉宽1.06 m偏振激光输出,泵浦PPLT可获得高功率3.9 m中红外激光输出。     

LD泵浦Nd∶YAG多波段激光器

为了获得高效率多波段激光输出,通过高重复频率驱动声光调Q技术和LD侧面泵浦技术,获得高功率高重频窄脉宽1.06 m激光输出。利用起偏器件获得垂直和水平两束1.06 m线偏振光,一束垂直线偏振光泵浦非线性晶体周期极化钽酸锂（PPLT）,实现1.46 m与3.9 m激光输出后与另一束1.06 m水平线偏振光合束,实现三波段共轴激光输出。在电源输入电流35 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得140 W的1.06 m激光。分束后泵浦PPLT获得最高功率为6.3 W的3.9 m和8.6 W的1.46 m激光,差频转化效率为21.3%。试验结果表明:通过高重频声光调Q技术和LD侧面泵浦技术,可以实现高重频窄脉宽1.06 m光输出,泵浦PPLT可获3.9 m和1.46 m激光输出。     

基于衍射光学元件的激光相干合成研究进展

从衍射光学元件的基本原理出发,围绕连续波和脉冲波两大应用领域,综述了国内外基于衍射光学元件实现共孔径相干合成的研究进展。在国内,上海光学精密机械研究所分别实现了连续光和脉冲光的合成,连续光实现了206 W的输出功率,光束质量1.38,合束效率29.6%;脉冲光实现了峰值功率1.02 kW,重复频率2.2 MHz的ns级脉冲相干合成光束,合束效率61%。在国外,连续光方面实现了5 kW量级的合成光输出,合束效率82%;脉冲光方面实现了平均功率150 mW,重复频率100 MHz的fs级脉冲相干合成光束,合束效率83.4%。最后对基于衍射光学元件的激光相干合成技术的未来发展做出了展望,相信在不久的将来,基于衍射光学元件的相干合成技术会不断发展,逐渐突破技术瓶颈,从而为更多的应用领域奠定坚实基础。     

10kW峰值功率高脉冲能量全光纤结构2μm掺铥光纤激光器

基于增益开关技术在高掺杂浓度掺铥光纤中获得了稳定的2μm种子脉冲激光,输出激光中心波长为1 979.4nm,脉冲重复频率在1~100kHz之间可调,输出脉冲宽度变化范围为60~200ns。采用两级掺铥光纤放大器对该种子脉冲激光进行放大实验,当种子脉冲激光重复频率为20kHz时获得最大输出平均功率为17.2W,输出光谱没有观察到明显的放大自发辐射噪声。最大功率输出时,脉冲宽度为82ns,对应单脉冲能量为0.86mJ,脉冲峰值功率高于10kW。     

石英玻璃介质相位共轭实验

采用融石英棒作为受激布里渊散射（SBS）池进行了光学相位共轭高平均功率激光双通放大实验。在重复频率分别为40，100，200，400Hz，注入脉冲宽度为15rls的条件下形成了稳定的光学相位共轭。改变SBS池的江入能量，发现只有当注入能量约48mJ较小范围内,才形成较稳定的SBS相位共轭反射，若增大注入能量，则石英玻璃内极易被击穿而损坏，减小注入能量．则不能形成较稳定的SBS相位共轭反射，或反射能量变得很弱。不同重复频率下融石英玻璃SBS反射率变化曲线如图l所示。在注入能量几乎不变的情况下，随着重复频率的升高，SBS反射率急剧下降，石英玻璃内部也更容易被打坏，同时，输出能量的起伏也增大。     

780W全光纤窄线宽光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景.分析了高功率窄线宽光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,以及正弦相位调制光谱展宽理论.采用正弦相位调制技术将单频激光器的线宽展宽至2.9 GHz,通过三级放大结构对输出功率为50 mW的窄线宽种子源进行放大,实现了中心波长1064.34 nm、线宽2.9 GHz、最大功率780 W的激光输出,光—光转换效率79%,光束质量M2x=1.44,M2y=1.43.分析了相位调制前后输出功率提高的原因,认为正弦相位调制增加的纵模降低了光纤中的功率谱密度,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使相位调制后的输出功率大幅提高.该激光器的输出功率仅受限于抽运功率,进一步提高抽运功率,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出.     

产生钠导引星星群的钠信标激光合/分束技术

研究了脉冲光束的偏振和时序非相干合成技术,通过偏振合束器将两路50 W级500 Hz的589 nm钠信标激光在空间上合为一束光线,成功突破了100 W级μs脉冲全固态钠信标激光输出;利用脉冲激光同步延时器控制两路激光脉冲的时序,使其按先后顺序合成一束脉冲激光,重复频率提升到1 kHz。合束后的激光光束质量M²约为1.41,与单光束的光束质量基本保持一致,光斑抖动性约为40μrad,可满足激光钠导引星自适应光学系统的应用需求。与传统的相干合成方法相比,该偏振和时序非相干合成方案具有结构简单、稳定、效率高的优点,且整个系统无需复杂的相位控制机制,为脉冲激光功率扩展提供了新途径。基于上述技术基础,结合自主提出的精密偏振分光专利技术,在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束25 W/束的μs脉冲黄激光发射到钠层,成功产生了四颗钠导引星,这一结果将有助于推动大型地基光学望远镜中多层共轭自适应光学技术的发展。     

电光调Q脉冲Ho:YLF激光器实验研究

2μm低重复频率高峰值功率高光束质量激光在中长波光参量非线性频率变换等领域具有较为广阔的应用前景。采用L型谐振腔结构,使用42 W的掺Tm光纤激光器泵浦Ho:YLF晶体。基于磷酸钛氧铷（RTP）电光调Q技术,实现了重复频率50 Hz、脉冲宽度18 ns、脉冲能量13.5 mJ、峰值功率0.75 MW的2.05μm Ho:YLF固体激光输出。光束的水平方向和竖直方向M2因子分别为1.4和1.1。该Ho:YLF固体激光器采用光纤激光器泵浦,具有结构紧凑的特点,为更高能量的Ho激光输出奠定了基础。     

高重复率电光调Q的高光束质量Nd∶YVO_4板条激光器

部分端面抽运混合腔板条激光器可以在紧凑的空间内实现大功率高光束质量的激光输出。利用这一技术并结合具有增益高、荧光寿命短等特点的Nd∶YVO4晶体 ,配合新型高重复率的电光Q开关 ,易于实现高频窄脉冲高光束质量的激光输出。在德国EdgeWaveGmbH进行了混合腔电光调Q激光器的合作研究中 ,实现了高重复率近衍射极限的输出 ;在以 5kHz的高重复率运转时 ,获得了单脉冲能量 7 2mJ ,脉宽 5 7ns,平均功率约 36W的脉冲 ;当重复率高达 5 0kHz时 ,输出的激光脉冲的参量是单脉冲能量 1.6mJ,脉宽 9 5ns,平均功率超过 80W。实验所测的光束质量因子M2 小于 2。     

受激布里渊散射脉冲压缩技术研究进展

受激布里渊散射（SBS）作为三阶光学效应广泛应用于激光组束、分布式光纤传感、布里渊激光器等领域。近年来,SBS脉冲压缩亦得到特殊关注。基于布里渊放大过程中的能量转移特性,SBS脉冲压缩技术能够将ns量级脉冲压缩至亚ns量级,峰值功率可提升1～2个数量级。系统介绍了SBS脉冲压缩基本理论,综合论述了SBS压缩器结构、增益介质、泵浦脉冲等因素对脉冲压缩特性的影响,并对SBS脉冲压缩发展趋势进行了展望,为今后SBS特性的研究提供了有益参考,也为高重频、高能量激光的获取提供了可行方案。     

High power Yb-fiber laser amplifier based on nonlinear chirped-pulse amplification at a repetition rate of 1 MHz

We report a high power fiber amplifier based on nonlinear chirped-pulse amplification(NCPA). To manage the nonlinearity,pulse shaping is introduced by self-phase modulation in the fiber stretcher with the help of spectral filtering. The third-order dispersion is compensated for by the nonlinear phase shift in the NCPA. With optimization, the system can output 382 fs pulse duration with 20 W average power at 1 MHz repetition rate. The long-term average power fluctuation is measured to be0.5% in 24 h, and the beam quality factor(M~2) is 1.25.     

高能量全光纤2 μm掺铥脉冲光纤激光器

基于增益开关技术获得了稳定的高能量全光纤结构2 m脉冲光纤激光器,脉冲重复频率在10~50 kHz之间可调,输出激光中心波长为1958 nm,输出脉冲宽度随着泵浦功率的增加不断减小,其变化范围为1.2~1.7 s。采用两级掺铥光纤放大器对种子激光进行放大,当脉冲重复频率为10 kHz时,获得了5.18 W的输出平均功率,输出脉冲宽度为1.6 s,单脉冲能量为0.518 mJ。     

Sub-nanosecond single-frequency 10-kHz diode-pumped MOPA laser

A single-axial-mode, passively Q-switched (PQS) diode-pumped Nd:YAG laser, generating a diffraction-limited beam train of ≈40–60 μJ, ∼500-ps pulses with adjustable repetition rate in the range 1–10 kHz, was efficiently amplified by a single side-pumped Nd:YVO₄ bounce amplifier. After double-pass amplification, ≈1-MW pulse peak power with 577-ps duration and 545-μJ energy was achieved, still maintaining diffraction-limited beam performance. The average output power was 5.45 W at 10 kHz, corresponding to 13% extraction efficiency. The high brightness of this laser system seems ideal for nonlinear optics and some particular laser processing applications.     

基于预啁啾管理放大的掺镱锁模光纤激光器

报导了一种采用预啁啾管理放大技术实现的百飞秒级掺镱光纤激光器系统。该系统首先利用非线性偏振旋转技术搭建锁模种子激光,实现重复频率为82.3 MHz、压缩后脉宽接近180 fs的近线性啁啾稳定脉冲序列。种子脉冲通过预放大级和预啁啾管理放大级后获得了平均功率为12 W、压缩后脉宽低于100 fs的脉冲。经过预啁啾管理放大级的压缩后脉冲宽度明显优于种子激光的压缩后脉冲宽度。     

10MW串级脉冲发电机的理论、设计、实验豚应用研究

脉冲发电机具有小型、机动、灵活、可靠、寿命长等特点,作为高功率固体激光器和加速器电源是一新的技术路线,比较了各种类型脉冲电源的性能指标,解决了旋转磁通压缩和串级原理,提出了串级脉冲发电机的自激,偏极与双机同壳概念,给出电机的设计公式,10MW串级脉冲发电机的设计实验在强激光与粒子束领域中的潜在应用。     

高功率全固态绿光激光技术研究进展

 报道了高功率全固态腔内和腔外倍频两种绿光激光器研究进展。腔内倍频绿光激光器采用L型腔双棒串接结构,在重复频率10 kHz时,用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率186 W,光-光效率达15.8%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器,在重复频率400 Hz时,获得基频激光单脉冲能量1.2 J,采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔外倍频,获得525 mJ的绿光输出,倍频效率为43.7%。采用偏振合成技术获得了单脉冲能量大于1 J的绿光输出。在该激光放大器实验装置上,进行了双模块热效应补偿技术和受激布里渊散射相位共轭技术实验研究,改善了激光光束质量。