在激光腔型设计时, 为了使激光具有良好的输出性能, 需要找出谐振腔参量对激光输出性能的影响规律。结合V型折叠腔的图解分析法和多元件光学谐振腔的等价腔分析法, 将折叠腔近似等价后, 对等价的共轴球面空腔的稳定性和输出光束质量进行理论求解分析, 找到了V型折叠腔参量和激光输出性能的内在联系。通过计算给定的条件可知, 当折叠角θ=0.15π时, 总腔长L的理想取值范围为(70, 80)mm, 最佳取值为75 mm, 端面镜曲率半径R1、R2的允许变化范围为(60, 75)mm, 折叠镜曲率半径R3的最小取值为45 mm, 随着左(右)侧子腔g-参数积增大, 右(左)侧端面镜上的基模光斑半径和远场发散角增大。上述等价腔分析法和结论对激光腔型优化设计提供了重要的理论依据。

近年来随着光电技术应用需求的增长, 诸如平面激光诱导荧光技术、激光探测和激光加工等越来越多的领域展现出对高重频大能量的脉冲激光的需求。然而受激光器平均功率的限制, 传统的连续脉冲模式的脉冲激光器难以实现高重频和大能量的兼顾输出。文中研究了一种LD泵浦Nd:YAG 1.06 μm脉冲串激光器及其放大系统。采用长脉冲泵浦、腔内调制和MOPA放大技术, 实现了一段时间内激光器的高重频和大能量的兼顾输出。在调Q重频分别为10、50、100 kHz时, 脉冲串能量分别达到170.4、211.8、220.3 mJ, 每串内分别包含2个、12个、25个脉冲, 单脉冲能量分别为85.2、17.7、8.8 mJ。

针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制, 设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜, 提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料, 发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光(EL)对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面, 提高器件可靠性。

报道了一种激光二极管(LD)端面连续抽运的高重频、高光光效率电光调Q Nd:YVO4激光器。采用RbTiOPO4(RTP)晶体对作为调Q元件, 通过减小热效应和模式匹配技术, 实现了高效率的高重频窄脉宽1 064 nm脉冲激光输出。一方面采用低吸收系数的914 nm波长抽运Nd:YVO4晶体, 使晶体内热分布均匀, 从而获得高量子效率的同时减小了热效应影响。另一方面通过优化泵浦光斑半径, 实现泵浦光和振荡光好的模式匹配。在重频200 kHz时, 获得了最高输出功率16 W, 脉宽9 ns, 单脉冲能量80 μJ, 光束质量M2＜1.2的稳定脉冲激光, 泵浦吸收功率31 W, 对应的光光转化效率为51.6%。据笔者所知, 这是RTP电光调Q实现的最高效率的脉冲激光器。

便携式防空系统 (MANPADs)、各类红外制导导弹等红外热寻的**是民用、军用飞机重要的威胁。随着红外成像探测器被广泛用于热寻的制导**,传统的红外干扰机、曳光弹难以形成有效对抗, 以红外波段激光作为光源的红外定向对抗(DIRCM)系统是目前对抗热寻的**的有效手段。文中回顾了目前有代表性的红外定向对抗系统, 分析阐述用于红外定向对抗系统中的激光器关键技术, 给出红外成像探器致眩区域计算方法, 并讨论展望红外对抗激光器技术的发展趋势。

报道了基于掺MgO周期极化铌酸锂(MgO: PPLN)晶体的可调谐连续光参量振荡器。该光参量振荡激光器采用了多周期可调谐的MgO: PPLN作为非线性光学晶体, Nd: YVO4为激光晶体的紧凑型半导体激光端面抽运直线腔系统。实验中采用的MgO: PPLN晶体包含28.5~31.5 μm之间的7个极化周期, 相邻极化周期的间隔为0.5 μm。通过调节7个极化周期实现信号光波长1.43~1.67 μm和闲频光波长2.93~4.16 μm的激光调谐输出。对同一温度下不同极化周期对应的输出波长进行理论计算, 与实验结果符合较好。对比分析了输出功率随着不同极化周期和抽运功率的变化关系。当半导体激光入射抽运功率为15.4 W, 在31 μm极化周期和35 ℃的控制温度下, 最高获得了2.94 W的1 595 nm信号光和1.45 W的3 190 nm闲频光, 对应的光光转换效率达28.5 %。

晶体拉曼放大器是获得高光束质量、高光谱纯度、高功率拉曼激光的重要途径。通过引入四个归一化综合参量, 推导出了外腔拉曼放大器的归一化输运方程组。通过数值求解该输运方程组得到了描述拉曼放大器运转的一组普适理论曲线; 分析了复合归一化变量对拉曼放大器性能的影响; 研究了晶体拉曼放大器放大率、放大后拉曼脉冲形状、光-光转换效率等参量在泵浦脉冲功率密度、泵浦脉冲与被放大脉冲相对宽度、泵浦脉冲与被放大脉冲时间重叠性等条件的变化规律。用实验数据对归一化理论进行了验证, 结果表明, 理论结果与实验数据相吻合, 证明了文中理论计算的正确性和可行性。

对影响冷气流引射式小型DF激光器紧凑度的主要因素进行了分析, 以功率-气源体积比作为评价紧凑度的指标, 在多种参数条件下对功率-气源体积比进行了计算, 结果表明, 随着激光器喷管列阵质量流面密度的增加, 功率-气源体积比先增大后减小, 并在喷管列阵质量流面密度约为3.3 g·s-1·cm-2时取得最大值; 在激光尾气参数相同的情况下, 提高引射喷管总压可获得更大的功率- 气源体积比, 但随着引射喷管总压的提高, 引射喷管总压对功率-气源体积比的影响逐渐减弱; 与氦气做引射工质相比, 采用氮气和空气做引射工质可获得更大的功率-气源体积比。

报道了一种Nd: YAG调Q短脉冲激光器失稳现象的理论分析及实验研究。短脉冲调Q激光器运行过程中, 会有多种因素导致其不能稳定输出符合目标值的脉冲激光, 即出现失稳现象。实验过程中发现, 输出镜处的干扰光会导致短脉冲激光器出现失稳现象。在理论基础上, 对外界干扰光对短脉冲调Q激光器输出光特性的影响进行了模拟计算, 并进行了实验验证, 分别从能量和脉宽两个特性进行讨论。结果表明: 干扰能量越大, 造成失稳现象越严重, 干扰脉冲能量为60 mJ时, 短脉冲调Q激光器输出能量损失达15%以上, 脉宽展宽至1.15倍以上; 干扰脉冲注入时间节点越靠后, 失稳现象越严重, 在短脉冲调Q激光器的泵浦末端, 即调Q开关打开前注入能量为60 mJ、脉宽为10 ns的干扰脉冲时, 短脉冲调Q激光器可输出能量损失达到80%。

从实验和理论上研究了InGaAsP多量子阱(Multi-Quantum-Well, MQW)双区共腔(Common Cavity Tandem Section, CCTS)结构半导体激光器的吸收区偏置状态对双稳态特性的影响。实验结果表明: 随着可饱和吸收区上的负偏置电压的增大, 激光器P-I曲线中双稳态特性更加明显, V-I曲线有负微分电阻, 当偏压加至-3 V时, 回滞曲线环宽度增加至13.5 mA, 开关比达到21: 1。理论分析表明, 利用吸收区的高负偏置态和短载流子逃逸时间能获得更好的双稳态特性。最大107: 1的开关比也说明双区共腔激光器能在两稳态之间实现非常明确的转换。