高功率微波(HPM)测量诊断技术是HPM技术研究的一项重要内容。针对HPM测量的现实需求,研究采用微波光子技术建立测量系统,阐述了系统测量原理,并通过仿真对测量系统的性能进行了分析。设计的测量系统采用超宽带、大动态的电光调制器和光电检测器,利用光纤进行远距离遥控测量,消除辐射和传导干扰,最终可达到40 GHz的测量带宽和100 dB/Hz2/3的无杂散动态范围。

为了获得高效半导体抽运碱金属蒸气激光器，采用布儒斯特角结构的增益池，有效地提高了激光的单程透射率，p偏振的激光单程透射率达到97%。采用长度为1 cm 的增益池，其内填充碱金属铷蒸气作为增益介质和压强为79.99 kPa的甲烷作为缓冲气体。采用中心波长为780 nm，线宽为0.1 nm，功率为48 W 连续输出的半导体激光器作为抽运源。为了降低增益池内的热效应，采用斩波器将抽运光转化成脉冲形式输出，脉冲宽度为1.85 ms，重复频率为15 Hz，占空比2.77%。采用12 cm 的平凹谐振腔，利用输出耦合率分别为41%、58%、76%的输出镜进行了优化实验。在增益池温度为160 ℃时，采用输出耦合率为76%的输出镜，获得了峰值功率最高为16.8 W 的中心波长为795 nm 的铷激光输出，光-光转换效率为35%，斜率效率为44.2%。

针对超音速化学氧碘激光器增益介质的横流特性,设计了具有增益负反馈的光学谐振腔结构,通过化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真,根据具体的激光器运行参数,论证了这种结构实现自脉冲激光的可行性.结果表明:振荡激光在增益区上游放大次数越多,对上游增益介质能量提取能力越强,脉冲调制作用越显著.采用激光光斑缩束再放大的结构设计,脉冲激光的峰值功率提高10~20倍,从理论上证明了增益负反馈的调制方法能够实现横流激光器脉冲激光输出.

利用双光子吸收机制，以778 nm染料激光器作为抽运源，以碱金属Rb蒸气作为增益介质，成功获得了420 nm的蓝光激光输出。以Rb原子能级结构为基础，对其产生蓝光的机理和双光子吸收机制进行了分析描述。基态52S1/2能级的Rb原子通过吸收两个778.1 nm的光子跃迁到激发态52D5/2能级，通过辐射中红外光子跃迁到激光上能级62P3/2，与基态52S1/2能级形成粒子布居数反转,产生420 nm蓝色激光。对激光二极管抽运碱金属蓝光激光器的发展前景进行了展望。

在激光二极管(LD)抽运腔内倍频Nd3+∶GdVO4/LBO深蓝456 nm激光器中,为对比激光晶体掺杂浓度对倍频输出功率的影响,利用同样尺寸为3 mm×3 mm×2 mm,稀土离子掺杂原子数分数分别为0.15和0.25的Nd3+∶GdVO4晶体作为对比。实验中利用同样长为20 mm的线性直腔,在使用10 mm长、按基频光为914 nm方向切割的Ⅰ类相位匹配倍频晶体LBO,在抽运功率为2.85 W时,前者获得了输出功率为105 mW的深蓝456 nm激光,明显高于后者。通过对准三能级激光晶体的最佳长度分析表明,掺杂原子数分数为0.15的Nd3+∶GdVO4晶体与0.25的相比,其实际长度更加接近于最佳长度。通过对倍频晶体LBO的最佳切割角和温度控制等分析表明,利用针对914 nm基频光切割的LBO晶体在912 nm激光器中,其切割角的差别可以通过温控的改变得到补偿。

设计了四程抽运的Yb:YAG薄片激光器.选用掺杂原子数分数为10%,几何尺寸为Ф10 mm=300m的薄片状Yb:YAG晶体,采用铟焊工艺将其焊接到水冷系统上,用可调式恒温水箱对其进行温度控制.使用两个Ф一30 mm,R=50 mm的球面反射镜,完成了四程抽运.利用蒙特卡罗方法对抽运光斑的大小进行了计算,将反射镜轴向与光纤头轴向夹角控制在12°以内,以使抽运光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则.在LDA抽运功率为4.13 W时,获得了最高功率为670 mW的1 030 nm连续激光输出,光-光转换效率为16.2%.实验结果表明:该结构可降低激光介质的热透镜效应和应力双折射效应,获得高光束质量的激光输出,但散热系统和焊接工艺需进一步优化.

激光二极管(LD)泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473 nm激光器在不加入腔内特殊元件的情况下,倍频输出功率往往具有很大的高频噪声,即所谓的"蓝光问题",这很大程度上限制了473 nm蓝色激光的应用.为了降低该激光器件倍频输出功率的高频噪声,采用了提高腔内基频光循环强度和缩短激光晶体以减小准三能级激光系统再吸收损耗的方法来实现473 nm激光器的低噪声运转.实验中利用两个2 WLD耦合作为泵浦源及1.0 mm厚的Nd:YAG材料作为激光晶体,在利用10 mm长LBO材料作为倍频晶体的情况下,获得了输出功率为195 mW的具有低噪声特性的473 nm蓝光激光运转.实验结果表明,倍频输出功率(峰-峰)/平均值＜1%,激光输出在1 h内没有激光跳变现象,并且无需在腔内引入其它元件.

利用法布里-珀罗(F-P)标准具选频实现了单纵模593.5 nm激光和频输出.采用单块Nd:YVO4晶体,通过对谐振腔输出镜膜系的设计与优化,在两镜线性腔中实现了稳定的1 064 nm与1 342 nm双波长振荡.放入Ⅰ类位相匹配和频晶体LBO进行腔内和频时,抽运功率为2 W可获得52 mW的593.5 nm橙黄色激光输出,但输出光束噪声较大,其RMS噪声为6.8%.在腔内加入400μm厚熔融石英标准具进行选频,实现了单纵模593.5 nm激光输出,单纵模线宽为600 MHz,输出功率为34 mW,RMS噪声降为0.3%,实现了低噪声输出.实验结果表明,在和频过程中,利用一块标准具对两个波长同时进行选频是获得单纵模和频光的有效方法.

利用同种激光晶体Nd∶YAG和同种倍频晶体LiB3O5(LBO)分别构成蓝光(473 nm)与绿光(532 nm)激光器并进行了噪声特性研究.分析了腔内倍频准三能级与四能级激光器噪声的不同机理.实验发现:在输出功率为50 mW的情况下,腔内倍频准三能级激光系统的倍频光噪声为120%,比腔内倍频四能级激光器噪声大得多,后者在输出功率为60 mW的情况下,激光噪声在5%以下.针对准三能级倍频激光器的这种特点,采用耦合微分方程组模型进行了分析.结果指出,问题的根源在于准三能级激光系统中具有较大的再吸收损耗,如果能够适当控制该损耗,准三能级激光系统的倍频噪声问题便会得以改善.

报道了一种利用复合腔进行腔内和频的589nm激光器。激光器由两个子谐振腔组成。在两个子谐振腔中,分别利用两个激光二极管(LD)抽运Nd:YAG 晶体和Nd:YVO4晶体,并分别选择1319 nm波长(对应Nd:YAG晶体的4F3/2→4I13/2跃迁)与1064 nm波长(对应Nd:YVO4晶体的4F3/2→4I11/2跃迁)振荡进行和频。通过谐振腔的优化设计,实现了腔内两个波长较好的模式与增益匹配。在两个子腔的交叠部分,利用BiB3O6(BIBO)晶体Ⅰ类临界相位匹配进行腔内和频,得到和频激光输出。当Nd:YAG与Nd:YVO4晶体上抽运功率分别为750 mW和600 mW时,获得了24 mW,589 nm黄橙激光输出。该输出激光光束质量好、噪声低。