针对两种波长的直接高功率半导体激光堆栈, 为适应半导体激光在材料加工方面的需求, 设计一种双波长合束及长焦距光学系统。首先, 利用快慢轴准直镜对两种波长的激光堆栈进行初步准直, 然后, 用双波长合束镜将其合束。进而, 利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进一步扩束准直, 最终, 用快慢轴聚焦镜实现同步聚焦。利用光参数积原理对聚焦系统进行理论分析, 并根据瑞利长度公式计算出焦深。用ZEMAX软件对整个光路进行光线追迹, 得出模拟结果。根据理论分析和软件模拟, 开展相应实验。经合束和聚焦, 实现焦距300 mm, 焦点尺寸2.0 mm×4.0 mm的聚焦光斑, 输出功率5 000 W, 功率密度达104瓦级。最后讨论该系统影响因素。聚焦光斑可用于激光熔覆, 表面处理等工艺。

针对2 750 W直接大功率半导体激光堆栈输出的矩形光斑, 设计了一种长焦距光学系统用于激光材料加工。首先,对整形光路进行了理论分析, 利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进行扩束和准直, 再利用聚焦镜实现快慢轴同步聚焦。推导出了快慢轴聚焦光斑大小的公式并计算出焦深理论值, 分析了聚焦光斑大小的影响因素。接着, 用ZEMAX软件模拟了LD stack光源和整个光学系统并进行了光线追迹, 得到了模拟的光束变化形式及聚焦光斑尺寸。最后, 进行相应的实验验证, 实现了1.5 mm×4.0 mm的焦点光斑, 焦距250 mm, 焦深18.6 mm。讨论了整个聚焦光学系统性能的优缺点以及今后的改进方向。这种聚焦方法可以得到长焦距高功率密度聚焦光斑, 满足激光熔覆、表面处理等工艺对光源的要求。

以1.34 μm脉冲激光为基频光, Ba(NO3)2晶体作为拉曼晶体, 通过一阶受激拉曼散射效应, 产生1.56 μm一阶Stokes人眼安全激光的外腔拉曼激光器。基频光由以准连续激光二极管(LD)侧面泵浦Nd：YAP(掺钕铝酸钇)晶体, BBO(偏硼酸钡)晶体电光主动调Q产生。运用ABCDEF扩展矩阵论, 使用RP Resonator 软件计算光束半径随腔内位置的变化, 设计腔内元件位置, 提高拉曼转换效率。通过实验, 得到波长为1 344 nm, 重复频率为20 Hz, 脉宽为38 ns, 单脉冲能量为19.2 mJ时, 产生1 562 nm波长的一阶Stokes光, 最大单脉冲能量为1.83 mJ, 脉宽为9 ns, 基频光到一阶拉曼光的最大光光转换效率约为15.24%, 转换效率随着基频光脉冲能量的大小先增加后减小。

报道了基于TEC(半导体制冷器)温控的激光二极管(LD)侧面泵浦的脉冲Nd:YAP(掺钕铝酸钇)激光器, 采用BBO(β相偏硼酸钡晶体, β-BaB2O4)电光调Q, 腔内不加入任何偏振元件, 使用平平腔和平凹腔在重频20 Hz时分别得到了1.34 μm单脉冲能量12.00 mJ和11.45 mJ, 在平平腔结构下, 得到最短脉宽38 ns。实验还对平平腔结构下1.08 μm的输出特性进行了实验研究, 采用相同的平平直腔结构, 在重频20 Hz最高可获得1.08 μm单脉冲能量28.5 mJ, 脉宽27 ns。

报道了两种Nd:GdVO₄主动调Q 被动锁模激光器，利用自锁模(KLM)和半导体可饱和吸收耦合输出镜(SOC)锁模两种不同的被动锁模方式，分别与电光(EO)主动调Q 元件相结合，获得了稳定的调Q 锁模脉冲。主动调Q 自锁模脉冲调Q 包络重复频率为3 kHz，包络脉宽约1.2 μs，包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz，锁模脉宽约963 ps。主动调Q SOC 锁模脉冲调Q 包络重复频率为10 kHz，包络脉宽约300 ns，包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz，锁模脉宽约491 ps。分别提出了自锁模等效快饱和吸收体损耗和SOC 的非线性损耗表达式，并给出了主动调Q 自锁模激光器和主动调Q SOC 锁模激光器的速率方程组。对比了两种主动调Q 被动锁模激光器的输出特性，结合速率方程，提出了主动调Q SOC 锁模受到两种锁模方式的叠加作用。