1 北京工业大学 材料与制造学院激光工程研究所，北京 100124
2 跨尺度激光制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京市激光技术工程研究中心，北京 100124
4 北京市高等院校先进激光制造工程研究中心，北京 100124
5 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成，两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作，有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长， 从而实现合束，获得的激光源中心波长锁定在1061.5 nm和1064.6 nm，两谱线中心间距为3.1 nm，组合光束的输出能量为173 mJ，组合光束的光束质量因子M2为2.8 × 2.2；两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ，在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1，在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9；组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%，组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求，在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。
双波长 Nd:YAG激光器 光谱合束 输出能量 光束质量 dual-wavelength Nd:YAG lasers spectral beam combining output energy beam quality 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230411
1 北京工业大学 材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
4 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心，北京 100124
目前1.5 μm LD泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出能量和重频的增加，玻璃面临突出的热效应问题，晶体的热导率是玻璃的10倍以上，有望能够实现比玻璃基质更大脉冲能量和更高重频的激光输出。文中报道了一种采用LD脉冲端面泵浦、铒镱共掺焦硅酸镥晶体为增益介质的1 537 nm被动调Q微型激光器。通过优化泵浦光斑大小、输出镜透过率与调Q晶体初始透过率相匹配，实现激光输出重频与泵浦重频一致。最终实现了输出重频为1 kHz、单脉冲能量35 μJ、脉冲宽度7 ns、峰值功率为5 kW、光束质量因子M2=1.33的激光输出。以及输出重频为10 kHz、单脉冲能量10 μJ、脉冲宽度10 ns、峰值功率为1 kW、光束质量因子M2=1.51的激光输出。结果表明，Er3+/Yb3+:Lu2Si2O7 晶体是实现高重频1.5 μm激光输出的优良介质。文中研究结果对LD脉冲端面泵浦的kHz铒镱共掺晶体被动调Q人眼安全微片激光器具有重要的参考意义。
微片激光器 被动调Q 高重频 Er3+/Yb3+:Lu2Si2O7晶体 脉冲泵浦 microchip laser passively Q-switched high repetition rate Er3+/Yb3+:Lu2Si2O7 crystal pulse pumped 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220811
刘大鹏 1吴伟冲 1雷訇 1,2,3,4,**朱占达 1,2,3,4[ ... ]李强 1,2,3,4,*
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心，北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
报道了一种LD侧面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃波导被动调Q激光器。采用无胶键合技术，在波导芯层（原子数分数1% Er3+，21% Yb3+∶glass）的四侧键合厚度为0.1 mm的掺钴硼硅酸盐玻璃（Co2+∶glass）作为包层，阻断放大自发辐射（ASE）的形成通路，提高激光输出效率。波导两侧分别键合硼硅酸盐K9光学玻璃作为泵浦光传输层，改善泵浦均匀性，提高输出激光的光束质量。在自由运转模式下，激光器输出的最大脉冲能量为34.7 mJ，斜率效率为10.6%。被动调Q模式下，获得稳定输出单脉冲能量2.16 mJ、脉宽4.7 ns、峰值功率459 kW的1.535 μm脉冲激光，光束质量因子M2=1.53。实验结果表明，在Er3+，Yb3+∶glass的四侧键合Co2+∶glass是抑制其内部ASE效应、提高激光器单脉冲能量输出的有效方法。
激光器 固体激光器 波导 侧面泵浦 被动调Q 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0914005
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心，北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
报道了一种基于Yb∶YAG大芯径晶体方波导的全固态被动锁模激光器。在腔内使用Gires‐Tournois干涉（GTI）镜对色散进行补偿，获得了平均功率为16 W、脉冲宽度为2 ps、重复频率为31.7 MHz的激光输出。实验研究了大芯径晶体方波导锁模激光器的输出特性，并提出了提升输出功率的方法。
激光器 锁模 晶体波导 半导体可饱和吸收镜 高功率
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心，北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
报道了室温下基于循环级联的高效率Er∶YAG中红外脉冲激光器，采用循环级联谐振腔，通过优化晶体长度提高光束交叠效率，获得高效率中红外激光输出。实验中使用两种掺杂浓度（原子数分数分别为25%和10%）的长度为2 mm Er∶YAG晶体作为增益介质，测得波长为2937 nm的中红外激光的输出斜效率分别为37.2%和36.5%，均突破了33.2%的Stokes极限。据我们所知，这是首次在室温下使用较低掺杂浓度（原子数分数为10%）的Er∶YAG晶体获得了超过Stokes极限的高效率3 μm中红外激光输出。
激光器 Er3+激光器 循环级联 中红外激光器 高效率
王文博 1,*惠勇凌 1,2,3,4朱占达 1,2,3,4雷訇 1,2,3,4李强 1,2,3,4
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
利用激光器实现高光束质量、高峰值功率输出是近年来的研究热点。采用芯层与包层折射率匹配的方法, 同时利用模式竞争的选模特性, 通过模拟晶体波导芯层各阶模的相对增益, 计算出在腔内不同饱和光强下芯层的截止尺寸, 制备了大芯径尺寸晶体波导, 试验研究了大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器输出特性。采用芯径尺寸为320 μm×400 μm的1.0%(原子百分数)Yb:YAG, 包层尺寸为7 mm×30 mm的0.5%(原子百分数)Er:YAG, 长度为77 mm的单包层矩形晶体波导, 平凹腔电光调Q, 获得脉冲能量1.29 mJ@10 kHz, 脉冲宽度10 ns, 光束质量M2=1.15×1.10的输出。试验证明大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器可获得近衍射极限高峰值功率脉冲输出。
全固态激光器 晶体波导 近衍射极限输出 主动调Q solid-state laser crystalline waveguide near diffraction-limit output active Q-switching 吕世威 1朱占达 1,2,3,4刘大鹏 1惠勇凌 1,2,3,4[ ... ]李强 1,2,3,4,*
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心，北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
实验设计和研究了一种激光二极管(LD)角侧泵浦Nd∶YAG电光调Q激光器，实现了高效率1064 nm脉冲激光输出。以低掺杂Nd∶YAG晶体为增益介质，将Sm∶YAG吸收材料键合在Nd∶YAG晶体四周(非激光方向)用于抑制放大自发辐射(ASE)和寄生振荡，将YAG晶体键合在Sm∶YAG晶体上以构成复合板条激光晶体。采用对称角侧泵浦方式直接抽运，泵浦光在复合板条激光晶体中多次全反射，多次被Nd∶YAG晶体吸收，可用于实现长光程吸收，提高泵浦光吸收效率。在重复频率为5 Hz、输入电流为170 A的条件下，获得了单脉冲能量为106 mJ、脉宽为15 ns的激光输出，光光转换效率为30.1%，输出能量动静比高达94.64%。实验结果表明：所设计的复合板条激光晶体结构有效抑制了ASE和寄生振荡，所提方法为1064 nm调Q脉冲激光的高效率输出提供了有效途径。
激光器 Nd∶YAG 电光调Q 放大自发辐射 中国激光
2022, 49(17): 1701004
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
大芯径晶体波导可吸收更高功率的泵浦光,能够实现更高的输出功率,同时在锁模运行时芯层中的峰值功率密度相对较低,而且减少了非线性效应的积累。基于此,构建了一种基于Yb∶YAG大芯径晶体方波导的被动锁模皮秒激光器。实验中,首先使用高反镜替代半导体可饱和吸收镜(SESAM),在较高的泵浦功率下调节晶体波导的位置和角度以实现泵浦光与波导芯层的匹配;然后,仔细调节球面反射镜的角度,使信号光耦合进波导芯层中以尽量减小腔内的损耗。所设计的激光器采用折叠腔结构,在腔内没有色散补偿器件的情况下,实现了平均功率为10.2 W、脉冲宽度为65 ps、重复频率为30.15 MHz、单脉冲能量为0.34 μJ的激光输出。
激光器 固体激光器 锁模激光器 晶体波导 半导体可饱和吸收镜 光学学报
2022, 42(10): 1014004
王煜 1吴伟冲 1朱占达 1,2,3,4惠勇凌 1,2,3,4[ ... ]李强 1,2,3,4,*
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
确定具有各向异性、非线性吸收特性的调Q晶体内电偶极子的取向,是测量其吸收截面的重要条件。通过对Co 2+∶MgAl2O4晶体所属的空间群以及掺杂Co 2+在晶胞结构中的位置对称性的分析,确定了晶体内电偶极子的跃迁方向主要是沿晶胞的4个体对角线方向分布的,建立了偏振入射光在Co 2+∶MgAl2O4晶体内传输的理论模型。实验测量了沿[100]方向切割的Co 2+∶MgAl2O4晶体在偏振入射光沿晶胞面对角线方向时的非线性透过率曲线,利用建立的模型对实验结果进行拟合,得到Co 2+∶MgAl2O4晶体在1.5 μm波段的基态吸收截面和激发态吸收截面分别为(3.6±0.3)×10 -19 cm 2和(4.5±0.4)×10 -20 cm 2。
激光光学 被动调Q Co2+∶MgAl2O4 各向异性 可饱和吸收 吸收截面 光学学报
2022, 42(10): 1014001
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
报道了室温下级联中红外Er∶YAG脉冲激光器。通过实验观测到级联发射的特征波长为1469 nm,确定了激发态吸收的特征波长为1676 nm。采用掺杂浓度(原子数分数)分别为7.5%和10%的两种Er∶YAG晶体,通过实验对比了级联与非级联条件下的中红外输出能量。掺杂浓度为7.5%的Er∶YAG中红外激光的最大单脉冲能量由非级联时的0.62 mJ提高至级联时的0.99 mJ,提高了约59.7%;掺杂浓度为10%的Er∶YAG中红外激光的最大单脉冲能量由非级联时的1.04 mJ提高至级联时的1.51 mJ,提高了约45.2%。实验结果表明,常温低掺杂Er∶YAG晶体可实现级联输出,并且级联有助于中红外激光单脉冲能量的提高。
激光器 Er
3+激光器 级联 中红外激光器 激发态吸收
