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%。

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算, 模拟出输出激光特性, 即随着放大器泵浦电流的增加, 放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加, 呈线性增长趋势, 在泵浦电流为80 A时, 输出光能量逐渐饱和, 最大输出能量为798 mJ.实验中, 放大器入射光源采用脉冲能量为350 mJ、重复频率为10 Hz、脉宽为10 ns的脉冲激光, 放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5 mm×134 mm, Nd3+的掺杂浓度为1.1%, 泵浦功率最大24 kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10 Hz, 泵浦电流为80 A, 泵浦脉冲宽度为200 μs时, 获得了最大脉冲能量为700 mJ、脉冲宽度为10 ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.

报道了一种实现高能量输出的激光二极管(LD)泵浦无水冷全固态Nd∶YAG双程放大器结构。 整个放大系统采用了泵浦与晶体棒集成的模块以及半导体制冷器(TEC), 从而实现了激光系统的小型化。总腔长为730 mm。在10 Hz重复频率下, 主振荡器得到了最大脉冲能量为350 mJ的激光输出。脉宽为9.7 ns, 光束质量M2在两个方向分别为7.7和12.3。并进行了双程放大的研究, 双程放大后得到了740 mJ、10 ns的激光输出。

报道了一种紧凑型激光二极管(LD)侧面抽运的高能量全固态Nd∶YAG主振荡功率放大系统。放大系统整体采用半导体制冷器进行冷却, 实现了激光系统的紧凑化和小型化。主振荡器使用了直径为7 mm、长度为100 mm、掺杂浓度(原子数分数)为1.1%的Nd∶YAG晶体棒, 在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350 mJ、脉宽为9.7 ns的激光输出。功率放大级使用直径为7.5 mm、长度为134 mm、掺杂浓度为1.1%的Nd∶YAG晶体棒作为增益介质, 放大后得到了能量为700 mJ、脉宽为10 ns的激光输出。

研制了无温控多波长激光二极管阵列端面泵浦Nd∶YAG电光调Q激光器。采用4 000 W多波长准连续激光二极管阵列作为泵浦源, 快轴准直镜与透镜导管作为泵浦耦合系统, 端面泵浦6 mm×60 mm的Nd∶YAG晶体, 并采用RTP晶体进行电光调Q实验。在重复频率5 Hz、室温(25 ℃)时, 激光器获得了最大输出能量74.4 mJ、脉宽15 ns的1 064 nm脉冲激光输出, 光光转换效率达到11%。在25~55 ℃的工作温度下, 对多波长LDA的光谱特征与激光器的输出特性作了测试, 激光器输出能量随着工作温度的上升而先迅速下降再逐步保持稳定, 当重复频率分别为5 Hz和10 Hz时, 激光器对应的最低输出能量分别为48 mJ与37 mJ。

研制了一台无水冷激光二极管（LD）侧面抽运高能量、高光束质量全固态Nd:YAG调Q激光器。激光器采用半导体制冷器（TEC）进行整体冷却，有利于激光器的小型化、便携化。实验使用的Nd:YAG晶体棒尺寸为φ7 mm×100 mm，掺Nd的原子数分数为1.1%，LD抽运的最大峰值功率为15 kW。在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350 mJ、脉冲宽度为9.7 ns、光-电转换效率为6.7%、能量稳定度小于5%的1064 nm激光输出，水平和垂直方向的光束质量M²分别为7.7和12.3。

激光二极管阵列(LDA)的出射光束空间分布不均匀，发散角大，难以直接用于端面抽运的固体激光器中，需要对LDA输出光束进行整形耦合。用Zemax光学设计软件设计出一款适合端面抽运全固态激光器的耦合系统,该耦合系统由快轴准直镜与透镜导管组成。着重研究了透镜导管的耦合效率与透镜导管特征参数之间的关系，并通过光线追迹得出最佳耦合系统参数。设计的透镜导管长22 mm，输入面尺寸为12 mm(快轴)×9 mm(慢轴)，输出面尺寸为3.5 mm×3.5 mm，输入端球面曲率半径为14 mm。该系统耦合效率可达90.7%，距输出端1 mm处的光束发散角为0.38 mrad(快轴)与0.02 mrad(慢轴)，可使抽运光和固体激光器振荡光达到良好的光束匹配效果。