研究了高功率Yb∶YAG薄片激光器连续及腔倒空调Q输出性能。基于平面波理论, 建立Yb∶YAG准三能级激光连续运转模型, 对薄片激光器的晶体掺杂和抽运结构进行优化。通过优化实验方案, 研究半导体激光器抽运Yb∶YAG薄片激光器连续输出性能, 在抽运功率为199 W时, 获得功率为100 W的1030 nm激光输出, 光-光转换效率为50.2%, 斜率效率为56.8%。利用RTP电光调Q开光, 搭建Yb∶YAG电光腔倒空激光器, 研究1030 nm脉冲输出性能, 获得了脉冲宽度为20.2 ns的高重复频率1030 nm脉冲激光, 脉冲重复频率为10~100 kHz, 当重复频率为10 kHz时, 1030 nm激光的最大峰值功率达到109.8 kW。

A high power continuous-wave (CW) 914-nm Nd:YVO4 laser at room temperature is presented. Using an end-pumped structure and employing an 808-nm diode-laser as the pump source, the maximum output power of 15.5 W of the 914-nm laser is achieved at the absorbed pump power of 40.2 W, with a corre-sponding average slope efficiency \mathrm s=65.6%. To the best of our knowledge, this is the highest output power of diode-pumped 914-nm laser. A beam quality factor M2=2.8 at the output power of 15 W is measured by using the traveling knife-edge method.

脉冲蓝光激光器在水下探测、水下通信和遥感方面有着重要的应用前景。根据高斯光束传输的ABCD矩阵,设计了对热效应不灵敏的Z型谐振腔。利用808 nm激光二极管(LD)端面抽运Nd:YVO4晶棒,在室温下实现了4F3/2→4I9/2准三能级激光谱线跃迁。通过声光调Q和LBO腔内倍频,获得了稳定的高重复频率、高峰值功率457 nm蓝光激光输出。当抽运功率为30 W时,在重复频率为10 kHz下,获得最大单脉冲能量为56 μJ ,脉冲宽度为217 ns,峰值功率达258 W; 在重复频率为20 kHz下,获得最大平均功率为760 mW,脉冲宽度为261 ns,峰值功率为146 W。在最大平均输出功率下测量了脉冲457 nm蓝光激光器的功率稳定性,20 min之内其最大不稳定度小于2%。

为了解决激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中晶棒的散热问题,结合多通道和铟封技术,设计并加工了新型散热装置。采用激光二极管端面抽运Nd:GdVO4晶棒,在输入抽运功率28 W的时候,利用传统铟包式直通孔热沉器、铟包多通道式热沉器和铟封多通道热沉器分别获得8.7 W,10.5 W和11.9 W的最大输出功率, 相应的光-光转换效率分别为31%,38%和44%,斜率效率分别为36%,42%和49%。而且采用铟封多通道热沉器,输入40 W的抽运功率时得到了17.5 W的输出功率,此时仍未见饱和。可见无论最大输出功率,光-光转换效率还是斜率效率,结合了铟封技术的多通道式热沉器都比前两种热沉器散热效果好。此外,通过对热透镜焦距和基模输出功率的测量,进一步验证了铟封技术的多通道式热沉器的优点。

利用879 nm新型激光二极管(LD)抽运Nd:GdVO4晶体,在室温下实现了4F3/2→4I9/2准三能级激光谱线跃迁。对掺杂原子数分数0.2%,3 mm×3 mm×3.8 mm的晶棒,在抽运功率为33 W时,获得912 nm最大输出2.5 W,斜率效率11%,相应的对吸收抽运功率的斜率效率达38%;对掺杂原子数分数0.2%,3 mm×3 mm×5 mm的晶棒,在抽运功率为33 W时,获得912 nm最大输出功率3.0 W,斜率效率16%,相应的对吸收抽运功率的斜率效率达45%。在腔内插入声光(AO)Q开关,当重复频率为10 kHz时, 获得了脉冲宽度为22 ns,平均功率为660 mW,峰值功率达3 kW。理论上分析了晶体的长度、浓度与准三能级激光器振荡阈值的关系,讨论了再吸收损耗对激光器的运转状态产生的影响,并通过实验观察了再吸收损耗的饱和效应。

简述了LD抽运全固态蓝光激光器的发展历史和现状。从蓝光产生方式、倍频晶体、腔型结构三方面进行了讨论。论述了LD抽运全固态蓝光激光器所面临的镀膜技术、散热和“蓝光噪声”三大问题。指出了LD抽运全固态蓝光激光器的发展方向。

激光二极管(LD)泵浦的Q调制高频率、窄脉宽、高峰值功率的固体激光器在激光雷达、激光加工等领域日益得到广泛的应用,而更高调制频率的固体激光器在将来会更受青睐.分析了泵浦功率和输出透过率两个因素在10～100 kHz调制频率下对脉宽的影响程度.研制了LD单端泵浦Nd:GdVO4声光调Q激光器,实现了重频100 kHz下窄脉宽激光输出.在重频为80 kHz时,获得脉宽17.7 ns,平均输出功率3.49 W,峰值功率2.46 kW和在重复频率为100 kHz时,获得脉宽19.6 ns,平均输出功率3.52 W,峰值功率1.79 kW的效果.

激光二极管(LD)大功率端面抽运固体激光器(DPSSL)中的热效应会影响到激光器的各个方面,使得激光输出效率下降,光束质量变坏、谐振腔的稳定性变差等。采用新波段879 nm取代808 nm,将粒子直接激励到激光发射上能级,降低无辐射弛豫过程产生的热量,有效地减少热的产生,降低激光二极管端面抽运Nd∶GdVO4晶体的热效应,获得更高性能的激光输出。在相同条件下通过879 nm激光二极管直接端面抽运及808 nm激光二极管间接端面抽运Nd∶GdVO4激光器的实验比较,结果表明,在较高抽运功率下采用879 nm抽运提高了Nd∶GdVO4激光器的激光输出性能。最后采用879 nm激光二极管端面抽运Nd∶GdVO4晶体棒直线腔方案,在16.3 W的吸收抽运功率下,获得最大连续输出功率9.8 W的TEM00模1063 nm激光输出,对吸收抽运光的光-光转换效率高达60.1%,斜率效率达68.4%。

介绍了脉冲功率技术在离子准分子、准分子和软X射线激光研究中的应用情况.给出了三种激光产生对泵浦源电学参数的要求,并给出实现这些电学参数的实验装置以及实验装置的性能指标.在软X射线激光研究方面,利用10级Marx发生器和Blumlein传输线,建立了最高电流峰值40kA,前沿为26.6 ns的毛细管放电装置,并实现了46.9 nm激光输出.建立了输出电压600kV、输出电流20 kA的电子束装置,并作为泵浦源实现了离子准分子光腔效应.为了泵浦S2准分子,采用横向放电方式和低电感放电回路,实现了电压脉冲宽度为29.2ns的窄脉冲放电.

激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPSSL)的调Q器件是获得高重复频率、高峰值功率的有效手段之一,随着激光雷达、激光加工业的发展,要求调Q器件向着更高重复频率的方向发展。Nd:GdVO4以其优异的物理和激光特性,使得它在激光二极管端面抽运固体激光器的声-光(A-O)调Q器件中,即使在很高的调制重复频率下,仍可获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。理论分析了影响脉冲激光的输出能量和脉宽大小的决定因素,研究了脉宽、平均输出功率及峰值功率随调Q重复频率的变化关系。利用双激光二极管双端抽运Nd:GdVO4晶体棒,实现了声-光调Q高重复频率窄脉宽1063 nm激光输出。在晶体入射端面总抽运功率约43 W条件下,当重复频率f=10 kHz时,获得脉宽Δt=10.2 ns,单脉冲能量E=0.95 mJ,峰值功率PM=93.1 kW的输出；在重复频率f=100 kHz时,获得Δt=28.1 ns,E=0.10 mJ,PM=3.6 kW的结果。