1 云南大学 物理与天文学院, 云南省高校光电器件工程重点实验室, 云南 昆明 650500
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
4 杭州医学院 医学影像学院, 浙江 杭州 310053
5 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
研究了15%Yb, 20%Na∶CaF2-SrF2混晶(Yb,Na∶CaF2-SrF2, CaF2∶SrF2=1∶1)的近红外光谱和激光参数特性。研究显示, Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在974 nm处吸收带宽为22 nm, 吸收系数为13.09 cm-1, 吸收截面为0.31×10-20 cm2。Yb3+离子在CaF2-SrF2基质中主发射峰中心波长位于1 010 nm, 肩峰中心波长位于1 036 nm, 发射带宽为56 nm, 在2F5/2→2F7/2能级之间跃迁对应的荧光寿命为228 μs。采用激发波长980 nm时, 1 010 nm处发射截面为6.52×10-20 cm2、1 036 nm处发射截面为4.11×10-20 cm2, 分别是915 nm激发时的1.49倍与1.68倍; 实现激光输出波长1 036 nm处达到布居反转时所需要激发的激活粒子数的最小分数βmin为0.34%, 在零声子线974 nm处的饱和泵浦功率密度Isat为290.58 kW·cm-2。上述结果表明, Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在近红外波段高能量激光系统中具有潜在应用前景。
氟化物激光晶体 镱离子 吸收光谱 荧光光谱 饱和泵浦功率密度 fluoride laser crystal Yb3+ ions absorption spectra fluorescence spectra saturation pump power density
中国工程物理研究院激光聚变研究中心，绵阳 621900
等离子体电极普克尔盒(PEPC)用作多程放大控制、自激振荡抑制以及反激光隔离，是大型高功率固体激光器的核心器件。本文从高功率固体激光器的发展对光开关提出的要求出发，系统地综述了等离子体电极普克尔盒的性能特点以及研究进展。重点介绍了中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在PEPC研究方面所取得的进展，包括单脉冲驱动的组合口径PEPC、低损耗PEPC以及重复频率运转的PEPC。
高功率激光 普克尔盒 电光晶体 等离子体 重复频率 热效应 high power laser Pockels cell electro-optic crystal plasma repetition rate thermo-effect
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
提出了利用1.7 μm和2.3 μm双波长泵浦掺镝 (Dy) 氟化铟 (InF3) 光纤产生4.3 μm中红外激光的方案。计算了泵浦光功率、信号光功率以及粒子数密度在腔内的空间分布,数值分析了泵浦光功率、输出镜反射率、光纤长度、光纤损耗等对激光输出功率的影响。计算结果表明,双波长泵浦能有效地去除自终止效应,进而实现4.3 μm激光输出,激光输出功率主要取决于2.3 μm泵浦光功率。当1.7 μm泵浦光功率一定时,输出激光功率随2.3 μm泵浦光功率的增加呈线性增加;当2.3 μm泵浦光功率一定时,存在最佳的1.7 μm泵浦光功率,其使得激光输出功率最大。研究结论为在光纤中产生高功率连续波运转的4 μm波段激光提供了一种可行方案,该方案对利用双波长泵浦Dy∶InF3光纤激光器获得4 μm波段激光具有指导意义。
激光器 光纤激光 中红外激光 数值模拟 镝离子
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900；中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900；中国工程物理研究院 研究生院，北京 100088
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900；中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
为了控制重频放大器的热致波前畸变，设计并加工了均匀冷却的背面水冷激活镜激光放大器，对放大器的热畸变特性开展了实验研究，实验发现在泵浦功率密度较高即重复频率达到10 Hz，平均功率密度达到200 W/cm2时，放大器的热畸变既影响远场分布又对近场产生显著的调制。近场的调制会给放大器带来较大的损伤风险。为了消除热畸变对近场的调制，首先对泵浦强度分布进行了匀化，然后对介质进行了边缘热平衡控制，消除了热畸变引起的近场调制。通过对上述因素的控制，采用水冷激活镜构型的四程放大器实现了在10 Hz频率下良好运行。在没有进行主动补偿的情况下，实现了远场焦斑优于5倍衍射极限的输出。
激光放大器 二极管泵浦激光器 热效应 水冷激活镜 laser amplifiers diode-pumped lasers thermal effects water-cooled active mirror 强激光与粒子束
2020, 32(1): 011010
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心激光技术工程部, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 上海交通大学IFSA协同创新中心, 上海 200240
4 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
随着半导体材料生长工艺和封装技术等的快速发展,高功率、 高亮度半导体激光器的性能不断提升,使之在工业加工、生物医疗、**以及作为光纤和固体激光器泵 浦源等方面有着重要作用。近些年来,边发射半导体的功率和光束质量的提升,使得耦合到光纤的输出功 率不断提高。单管光纤耦合逐渐从毫瓦级输出发展到数十瓦输出,通过偏振、光谱、空间等合束技术,甚 至达到数百瓦的输出。在叠阵或多线阵光纤耦合方面,也实现了从数十瓦级输出发展到数十千瓦级输出。 从单管、线阵和叠阵三种半导体激光器出发,对半导体激光器发展现状、技术进行了调研分析,对光纤耦合半 导体激光器的多种整形、合束和耦合技术进行了总结和展望。
激光技术 半导体激光器 光束整形 光纤耦合 高功率 laser technology semiconductor laser beam shaping fiber coupling high power
Author Affiliations
Abstract
1 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
2 Collaborative Innovation Center of IFSA (CICIFSA), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Mianyang 621900, China
4 Center for Crystal Research and Development, Key Laboratory of Functional Crystals and Laser Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
5 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100088, China
We report an efficient mid-infrared extracavity optical parametric oscillator (OPO) based on the nonlinear crystal BaGa4Se7 pumped by a diode-side-pumped Q-switched Nd:Y3Al5O12 (Nd:YAG) laser. The maximum pulse energy of 1.03 mJ at 4.25 μm is obtained with the repetition rate of 10 Hz and pulse width of 12.6 ns when the pump energy was 13.5 mJ, corresponding to an optical-to-optical conversion efficiency of 7.6% from 1.064 μm to 4.25 μm. The idler wave slope conversion efficiency was 12%. To the best of our knowledge, it is the highest reported conversion efficiency for the compact BaGa4Se7 OPO driven by the Nd:YAG laser.
140.3070 Infrared and far-infrared lasers 190.4970 Parametric oscillators and amplifiers Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121402
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 IFSA协同创新中心, 四川 绵阳 621900
针对高功率激光的应用需求,提出一种新构型的低温激光放大器方案,采用低温液体侧面冷却三角形沟槽设计的块状Yb∶YAG晶体,抑制了介质内寄生振荡,改善了热管理效果,实现了放大器高效储能与提取,获得了能量为9.4 J、脉冲宽度为10 ns、重复频率为5 Hz、远场3.3倍衍射极限的激光输出,为后续更大能量的Yb∶YAG激光放大器设计提供了有益的参考。
激光光学 激光放大器 低温液冷 侧面冷却块状放大器 二极管抽运激光器
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳 621900
2 中国工程物理研究院四川省新材料研究中心，四川成都 610200
3 云南北方驰宏光电有限公司，云南昆明 655000
4 成都蓝隼光电科技有限公司，四川成都 610100
波长在 3～5 .m波段的中红外激光由于处于大气窗口波段，同时又是众多原子及分子的吸收峰，因此在光谱学、医学、通信、遥感、环境监测及红外对抗领域有着广泛而重要的应用前景。目前，固体激光器实现中红外激光输出的途径按照工作介质划分主要包括以 Fe:ZnSe晶体为代表的过渡金属掺杂硫族化合物激光器、以 MgO:PPLN晶体为代表的光参量振荡器，及以 ZGP晶体为代表的光参量放大器 3种类型。本文分别介绍它们的技术路线及近年来的最新研究进展，讨论了高能高功率中红外固体激光器的关键技术问题，并对其发展趋势进行了展望。
中红外激光 固体激光 ZGP晶体 光参量振荡器 mid-infrared laser solid-state laser ZGP crystal optical parametric oscillator
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621999
2 IFSA协同创新中心, 四川 绵阳 621999
在空心导管泵浦耦合系统中, 测量了激光二极管叠阵中巴条的实际指向性, 并带入仿真建模中, 以便获得更准确、更优的模拟结果。与采用理想巴条指向性的模型模拟结果相比, 耦合系统的耦合效率降低了11.2%。同时, 带入实际指向性的模型模拟结果, 具有更大的能量传输损耗和调制更深的泵浦光场分布, 且该仿真模拟结果与实验结果相符。结果表明, 在空心导管耦合系统设计中, 带入实际巴条指向性模型是获得精确模拟结果的必要条件。
固体激光器 泵浦耦合 激光二极管阵列 空心导管 solid-state laser pump coupling laser diode array hollow duct 强激光与粒子束
2018, 30(11): 111002
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 IFSA协同创新中心, 四川 绵阳 621900
为了满足片状激光放大器对泵浦功率密度的要求, 设计并加工了高缩束比的耦合系统。根据LD的发光特性, 将输出功率为80 kW的LD阵列进行拟球面排列, 采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合, 将发光面积为330 mm×85 mm的泵浦光, 在输出口处压缩至18 mm×18 mm的口径, 耦合系统的缩束比高达86∶1。模拟计算表明, 该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低。实验测量该耦合系统的效率为84.2%, 输出口处泵浦光场快慢轴的调制度分别为130和1.18, 且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5 mm后, 依然可以保持泵浦光场的轮廓。该耦合系统在效率、泵浦场均匀性、传输性等方面均满足端面泵浦的片状放大器对泵浦耦合系统的要求。
固体激光器 泵浦耦合 激光二极管阵列 空心导管 solid-state lasers pump coupling laser diode array hollow duct 强激光与粒子束
2017, 29(9): 091002
