主振荡功率放大是获得高功率脉冲染料激光的有效模式,染料激光脉冲在放大过程中,与抽运激光脉冲的时序匹配是获得高效转换的基本条件之一。采用速率方程对高重复频率、调Q和倍频Nd:YAG激光正向抽运脉冲放大过程进行了数值模拟,研究了实际应用中,抽运激光脉宽大于染料激光脉宽条件下的放大过程的时间特性。结果显示,当最佳时序匹配时,抽运激光脉冲峰值相对信号激光延迟具有纳秒量级的滞后,抽运激光脉冲越宽,滞后越多,同时,染料分子的激发受激辐射再激发的动态过程造成放大后的染料激光脉冲被展宽,分析显示采用固定抽运激光脉冲峰值位置的方法进行时序控制是可行的。

对于多台固体激光器抽运的脉冲染料激光主振荡-功率放大(MOPA)链,在放大器中,抽运激光与染料种子激光不仅在空间上要求匹配,而且激光脉冲在时间上也要求匹配。为此,提出了进行激光脉冲时序的控制方法。该方法采用光纤、光开关和随机重复采样等技术实现快速激光脉冲的计算机数据采集。根据实验,抽运和染料激光脉冲的时间匹配最好时,它们的峰值几乎是重合的,由此提出以脉冲峰值处作为延迟时间的测量点来排除脉宽变化的影响,以及采用二次多项式曲线拟合的数据处理技术来排除峰值处延迟时间的测量干扰,实现抽运激光脉冲时序纳秒级的测量和闭环控制。控制系统的手动单步控制误差和延迟时间测量误差小于±0.2 ns,闭环控制精度可达±1 ns。

对抽运激光的提取效率是染料激光放大器的重要指标,染料激光放大器的提取效率受到泵浦激光抽运方向的影响.文章从纵向抽运的脉冲染料激光放大器的速率方程推导了抽运光顺向抽运和逆向抽运时放大器提取效率的表达式.采用倍频绿光(532nm)Nd:YAG固体激光器进行了不同方向抽运脉冲染料激光放大器的实验研究.理论计算和实验结果都表明了在纵向抽运的染料激光放大器中,随着放大器级间增益的增加,抽运光提取效率逐渐下降,而且采用逆向抽运方式比采用顺向抽运方式获得的抽运光提取效率要高.

推导了准稳态下横向抽运的脉冲染料激光放大器的简化速率方程,提出了双侧横向抽运方式的脉冲染料激光放大器的设计原则和设计方法。应用高功率脉冲染料激光放大器的物理设计结果,研制了输出功率为50 W的脉冲染料激光放大器的实验装置。采用铜蒸气激光(CVL)作为抽运光,在此染料激光放大器上进行了实验研究,获得染料激光输出功率为52 W,抽运激光功率提取效率为41%。给出了染料激光波长、注入染料激光功率以及抽运激光的时间和空间匹配特性与染料激光放大器输出激光功率和抽运激光功率提取效率的相互关系,讨论了染料溶液浓度对双侧横向抽运方式的脉冲染料激光放大器的输出光束质量的影响。

报道了用双侧横向抽运方式的染料激光放大器进行的实验研究,实验获得了染料激光输出功率34 W,抽运激光功率提取效率37%的结果。文中对实验结果进行了必要的分析,讨论了染料溶液浓度、染料激光波长以及注入染料激光功率对染料激光放大器输出激光功率和抽运激光功率提取效率的影响。