1 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展，传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求，因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率，而这将使激光器内部增益提高，在腔内损耗不变的情况下，原非振荡模式也将满足起振条件，从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外，激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗，使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下，谐振腔内的模式被更进一步的选择，从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制，从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级，且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗，全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时，其应用范围也得到了进一步的推广。
全固态激光器 非线性损耗 单频 高功率 all-solid-state laser nonlinear loss single frequency high power 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230592
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
紫外激光具有单光子能量大、易聚焦的特点, 且大多数材料对其吸收较强, 在标记、复合材料切割、钻孔、精细加工等领域有着广泛的应用。本文报道了一种基于1 064 nm红外光, 采用非线性光学频率变换技术实现10 W、355 nm紫外脉冲激光输出的全固态实验装置。实验中设计了用888 nm半导体激光器端面泵浦的结构紧凑、功率稳定、光斑质量好的“Z”型声光调Q 1 064 nm谐振腔, 再利用腔外倍频、腔外和频技术得到355 nm紫外激光。当输入的泵浦功率为80 W、重复频率为50 kHz时, 得到了平均输出功率为10 W, 光束质量为M2x=1.13, M2y=1.02的355 nm紫外脉冲激光, 泵浦光到紫外光的光-光转化效率为12.5%。
紫外激光 脉冲 全固态激光 高功率激光器 355 nm pulsed laser all-solid-state laser high power laser 量子光学学报
2023, 29(3): 031002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
We present a continuously tunable high-power continuous wave (CW) single-frequency (SF) /lithium triborate (Nd:YAP/LBO) laser with dual-wavelength output, which is implemented by combining an optimized and locked etalon with an intracavity nonlinear loss. The obtained output powers of the stable SF 1080 and 540 nm lasers are 2.39 and 4.18 W, respectively. After the etalon is locked to an oscilating mode of the laser, the wideband continuous frequency tuning and long-term stable single-longitudinal-mode operation of the laser are successfully realized, which can be well used for the applications of quantum information and quantum computation. To the best of our knowledge, this is the first realization of the continuously tunable high-power CW SF 1080/540 nm dual-wavelength laser.
Nd:YAP laser high power continuous tuning single frequency Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 021403
1 重庆邮电大学 光电工程学院，重庆
2 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室，太原
基于激光器单频运转的物理条件，理论模拟分析了高功率激光器满足临界单频运转条件对应的输出耦合镜透射率与注入泵浦功率之间的关系。根据理论模拟结果，对于端面泵浦单增益介质的激光器在注入泵浦功率为115 W和端面泵浦双增益介质激光器在注入泵浦功率为240 W时，实验上分别选取透射率为25%和37%的输出耦合镜，在单谐振腔中分别实现了输出功率达51 W和101 W的单频连续波1 064 nm激光器，对应的光—光转换效率分别为45.9%和42.9%，实验结果与理论预期吻合。
全固态激光器 高功率 单频 高稳定性 all-solid-state laser high power single-frequency high power stability
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
利用结构紧凑的四镜环形单共振光学参量振荡器(SRO)实现了从近红外到中红外的瓦级单频激光输出。通过优化谐振腔腔镜的曲率半径以及谐振腔腔长，设计了双腰斑的四镜环形谐振腔，在两个腰斑处分别放置光学参量振荡晶体MgO∶PPLN和倍频晶体PPKTP。当单频1064 nm泵浦激光的注入功率为21 W时，得到了2.1 W的1550 nm信号光、1.1 W 的775 nm倍频光以及1.7 W的3393 nm闲频激光输出，总光光转换效率为23.3%，5 h内信号光、倍频光、闲频光的功率稳定性(均方根)分别优于2.5%、1.6%、0.8%。本团队研制的单频连续波激光器可以应用于包括压缩态光场和纠缠态光场等非经典光场制备的实验中。
中国激光
2022, 49(18): 1801005
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Multi-beam laser processing is a very popular method to improve processing efficiency. For this purpose, a compact and stable multi-beam pulsed 355 nm ultraviolet (UV) laser based on a micro-lens array (MLA) is presented in this Letter. It is worth noting that the MLA is employed to act as the spatial splitter as well as the coupling lens. With assistance of the MLA, the 1064 nm laser and 532 nm laser are divided into four sub-beams and focused at different areas of the third-harmonic generation (THG) crystal. As a result, the multi-beam pulsed 355 nm UV laser is successfully generated inside the THG crystal. The measured pulse widths of four sub-beams are shorter than 9 ns. Especially, the generated four sub-beams have good long-term power stability benefitting from the employed MLA. We believe that the generated stable multi-beam 355 nm UV laser can meet the requirement of high-efficiency laser processing, and the presented method can also pave the way to generate stable and long-lived multi-beam UV lasers.
micro-lens array third-harmonic generation direct generation pulsed UV laser Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 041405
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
3 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
4 School of Physics Science and Engineering, Institute for Advanced Study, Tongji University, Shanghai 200092, China
We demonstrate an all-solid-state continuous-wave (CW) single-frequency tunable 1.08 µm laser, which is realized by employing a disordered laser medium Nd:CaYAlO4 (Nd:CYA) crystal. The maximal output power of single-frequency 1.08 µm laser is 1 W. By rotating the incident angle of the intracavity etalon (IE), the maximal tuning range of 183.71 GHz is achieved. After the IE is locked to the oscillating longitudinal mode of the laser, the continuous tuning range of 60.72 GHz for 1.08 µm laser is achieved by scanning the cavity length. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of a CW single-frequency widely tunable 1.08 µm laser based on Nd:CYA crystal.
all-solid state laser continuous wave continuous tuning Nd:CaYAlO4 crystal Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031403
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
采用高质量的全固态连续单频1064 nm红外激光器作为泵浦源,以金刚石晶体作为拉曼增益介质,利用腔共振增强技术设计了一种双共振腔,实现了瓦级输出的低泵浦阈值单频1240 nm拉曼激光器。根据金刚石晶体的实际参数,通过优化设计得到了谐振腔对泵浦光的最佳透射率。当透射率为3.5%时,利用H?nsch-Couillaud偏振锁定系统将拉曼谐振腔的腔长精确锁定到泵浦光的共振频率处,实验测量到的拉曼激光器的泵浦阈值功率只有2.73 W。在此基础上,当单频1064 nm泵浦功率增加到9.17 W时,获得了1.48 W稳定单频的1240 nm拉曼激光输出,对应的斜效率为24.9%, 30 min内的功率稳定性优于1.10%(均方根),x,y方向的光束质量M2因子均优于1.2。该双共振腔的设计为降低拉曼过程阈值、获得稳定单频的高功率拉曼激光提供了一种有效的途径。
激光器 拉曼激光器 双共振腔 偏振锁定 单频
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
高功率低噪声全固态连续波单频激光器在量子科学与技术、冷原子物理、高精度精密测量以及光学传感等领域有着广泛的应用。为了满足应用需求,在泵浦功率增大的条件下,需克服激光晶体热效应的影响,提高激光器输出功率,同时保持单频输出特性和光束质量不变,降低激光器在低频段的强度噪声并扩展激光器的输出波长等。针对这些关键问题,本课题组开展了原理研究和器件设计,研制出一系列具有不同输出波长的高功率低噪声全固态连续波无跳模单频激光器。总结和介绍了本课题组在高功率低噪声全固态连续波无跳模单频激光器方面的研究进展,并展望了单频激光器的发展趋势。
激光器 连续波 单频 高功率 低噪声
1 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学,极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
摘要：本文报道了分别采用腔外倍频腔外和频技术以及腔内倍频腔内和频技术实现高功率紫外脉冲355 nm激光输出。采用腔外倍频腔外和频结构,在泵浦功率26 W,重复频率49 kHz时,获得了平均功率3.8 W的355 nm紫外脉冲激光输出,从泵浦光到紫外光的光-光转化效率14.6％,光束质量为M2x=1.44,M2y=1.13,可在250 h内连续不间断稳定激光输出。采用腔内倍频腔内和频结构,在泵浦功率20.9 W,重复频率42 kHz时,获得了平均功率3.2 W的355 nm脉冲激光输出,光-光转化效率15.3％,光束质量为M2x=1.10,M2y=1.13,连续不间断稳定激光输出时间超过1 500 h。
脉冲 高稳定 全固态激光器 355 nm 355 nm pulsed high stability all-solid-state laser
