山东大学新一代半导体材料研究院, 山东大学晶体材料国家重点实验室, 济南
脉冲半导体激光(LD)泵浦被动调Q微片激光器是产生小型化、大能量(mJ量级)、亚纳秒激光脉冲的主要技术途径。基于速率方程理论推导了脉冲LD泵浦被动调Q微片激光器首脉冲建立时间及多脉冲间隔时间方程, 数值求解并分析了泵浦功率、泵浦脉宽等参数对亚纳秒激光输出脉冲数目的影响规律, 在此基础上搭建了脉冲LD端面泵浦YAG/Nd:YAG/Cr4+:YAG微片激光器, 实现了单脉冲能量1.2 mJ、脉冲宽度574 ps、峰值功率2.1 MW, 光束质量因子M2=1.21的1 064 nm近衍射极限亚纳秒脉冲激光输出。
微片激光器 YAG/Nd:YAG/Cr4+:YAG晶体 被动调Q 速率方程 microchip laser YAG/Nd:YAG/Cr4+:YAG crystal passive Q-switching rate equation
北京空间机电研究所 中国空间技术研究院空间激光信息感知技术核心专业实验室,北京100094
通过建立包含体布拉格光栅波长特性的速率方程模型,模拟了不同泵浦功率、体布拉格光栅中心衍射效率和带宽情况下,激光器的波长调谐特性,包括波长调谐范围、激光光谱、能量和脉冲宽度。实验搭建了以体布拉格光栅作为输出镜的激光二极管泵浦Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器,测试了不同体布拉格光栅温度和泵浦功率时的激光波长、线宽、能量和脉冲宽度,实验结果和理论分析结果基本相符。在重复频率为10 kHz,脉冲宽度为40 μs,峰值功率为10.7 W的矩形脉冲泵浦下,通过调整中心衍射效率为70%,带宽为60 pm的体布拉格光栅温度,获得了1 063.77~1 064.48 nm的波长调谐。当体布拉格光栅为50℃时,获得了单脉冲能量为109.5 μJ,脉冲宽度为1.71 ns,中心波长为1 064.432 nm,线宽为38.3 pm,光束质量M2因子小于1.2的激光输出。研究结果可为体布拉格光栅的应用、激光器的光谱分析及设计提供参考。
固体激光器 二极管泵浦 可调谐 Nd:YAG Cr4+:YAG 体布拉格光栅 Solid-state Diode pumped Tunable Nd:YAG Cr4+:YAG Volume Bragg grating
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心, 天津 300401
2 河北工业大学 电子信息工程学院 天津市电子材料与器件重点实验室, 天津 300401
为了提高LD抽运脉冲微片激光器的输出性能和系统的集成度, 采用龙格-库塔法对包含自发辐射与抽运速率的被动调Q速率方程进行了数值求解, 结合被动调Q激光器输出参量的表达式对LD端面抽运的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG微片激光器输出参量进行了数值仿真。结果表明, 利用长度1mm/1.5mm的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG晶体作为增益介质, 当Cr4+∶YAG的初始透过率为75%、输出镜的透过率为30%、抽运光和腔内基模光半径均为100μm时, 能够在抽运功率为4.5W的条件下实现平均功率0.7W、脉冲宽度174ps、重复频率16.1kHz的理论激光输出。该研究对被动调Q微片激光器的参量优化和应用具有理论指导意义。
激光技术 微片激光器 被动调Q 速率方程 laser technique microchip laser passively Q-switched Nd∶YAG/Cr4+∶YAG Nd∶YAGYAG rate equation
宽带可调频激光器除了可用于基础的光谱学研究外,也可应用于各式光通信乃至生物医学成像.过渡金属离子掺杂的固体激光器特别适用于宽频光源的产生,掺钛蓝宝石及掺铬石榴石晶体是目前广为应用的两个例子,将其生长成晶体光纤并以玻璃批覆的激光器在红外光波段展现了优异的特性.掺钛蓝宝石晶体光纤激光器具有高光转换效率、低阀值且调频范围可达180 nm;掺铬石榴石晶体光纤激光器的可调频范围亦达到了170 nm,被激发态吸收所限制.为了纪念激光器发明60周年,本文简要回顾了过渡金属离子掺杂的固体激光器的发展,并介绍了晶体光纤激光器最新的成果.分析了掺钛蓝宝石晶体光纤激光器的调频速率,并与掺铬石榴石晶体光纤的光学特性做了实验与数值模拟的比较.目前逐渐成熟的玻璃批覆晶体光纤激光器,预期在超宽频光通信及细胞级分辨率的光学相干断层扫描术方面有很大的应用潜力.
Crystal fiber Laser Ti3+:sapphire Cr4+:YAG Broadband optical communication Biomedical imaging 晶体光纤 激光器 掺钛蓝宝石 掺铬石榴石 宽带光通信 生医影像
1 温州大学 物理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325035
2 青岛海泰光电技术有限公司, 山东 青岛 266100
对激光二极管端面抽运NdYAG/Cr4+∶YAG/YAG键合晶体的1 064 nm被动调Q激光性能进行了研究.对比分析了Cr4+∶YAG晶体初始透过率分别为84.9%和90.6%的调Q激光输出特性, 以及不同耦合输出镜透过率对调Q性能的影响.结果表明, 在特定抽运功率下, 各输出特性参数的优化(高输出功率, 高重复频率, 窄脉冲宽度)分别对应一个最佳的输出镜透过率; 随着抽运功率增加, 对应最佳的输出镜透过率越大.对比两种初始透过率的Cr4+∶YAG晶体对应的激光输出特性, 84.9%初始透过率的晶体获得相对较低的平均输出功率, 但相应的重复频率较小, 脉冲宽度窄, 使得调Q激光的峰值功率明显提高.采用30%透过率的耦合输出镜和10.4 W入射抽运功率下, 获得了3.2 W平均输出功率、9.7 ns脉冲宽度和52 kHz重复频率的激光输出, 经计算可知峰值功率达6.3 kW.
被动调Q 可饱和吸收体 1 064 nm激光 LD端面抽运 Passively Q-switched Nd∶YAG/Cr4+∶YAG/YAG Nd∶YAG/Cr4+∶YAG/YAG Saturable absorber 1 064 nm laser LD diode-pumped
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 上海交通大学 IFSA协同创新中心, 上海 200240
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
针对高重复频率运行下低温氦气冷却的间隔掺杂Yb:YAG叠片激光放大器中热效应的问题, 提出了一种多层Cr4+:YAG热管理技术, 并优化设计了放大器Cr4+:YAG间隔层和包边结构以减少热效应的影响。利用三维有限元和琼斯矩阵方法, 分析了不同Cr4+:YAG结构激光介质中温度和应力应变分布, 并模拟计算了热致双折射退偏损耗和波前畸变。数值结果表明, 通过设计两层和三层Cr4+:YAG结构, 降低与增益介质相邻Cr4+:YAG中的热沉积, 增益区内的横向温差可降低到1.5 K以内, 光束经过整个放大器后平均退偏损耗和波前畸变可分别减少到0.5%、0.8 ?姿; 进一步合理地设计Cr4+:YAG的层数和吸收系数能有效消除热效应对光束质量的影响。
激光二极管抽运固体激光器 热效应 Yb:YAG叠片放大器 diode-pumped solid-sate laser thermal effects Yb:YAG multislab amplifier Cr4+:YAG Cr4+:YAG 红外与激光工程
2016, 45(12): 1206004
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用中心波长为940 nm的激光二极管泵浦,实现了Yb:YAG薄片的Cr4+:YAG被动调Q 激光输出.Yb:YAG薄片掺杂Yb3+离子浓度为10%,厚度为500 μm.理论上计算了Yb:YAG薄片在直接水冷方式与不同厚度SiC冷却方式下的温度分布.实验中采用厚度800 μm的SiC冷却方式,获得了最高功率2.8 W的1 030 nm连续激光输出,输出功率相比直接水冷方式提高了40%.通过Degnan理论优化了被动调Q晶体Cr4+:YAG的初始透过率和输出耦合镜,采用初始透过率为93%的Cr4+:YAG晶体和透过率为10%的输出耦合镜,在800 μm SiC冷却方式下,获得了平均输出功率1.95 W、单脉冲能量1.2 mJ、脉冲宽度74 ns、重复频率1.6 kHz的稳定调Q脉冲输出,斜效率为18.1%.光束质量因子M2x=1.622,M2y=1.616.
激光器 固体激光器 薄片激光器 被动调Q SiC 冷却 Lasers Solid state laser Thin disk laser Passively Q-switched SiC cooling Cr4+:YAG Cr4+:YAG Yb:YAG Yb:YAG
厦门大学信息科学与技术学院电子工程系, 福建 厦门 361005
稀薄燃烧是一种先进的燃烧方法,采用稀薄燃烧技术可以使发动机在减少废气排放的同时提高热效率。稀薄燃烧催发了激光点火技术的应用。最近几十年,脉冲宽度短、峰值功率高的被动调Q 固体激光器得到了飞速的发展,特别是采用掺钕离子(Nd3+ )和镱离子(Yb3+ )的激光材料作为激光增益介质,用Cr4+∶YAG 作为被动调Q 开关的微片固体激光器在激光点火研究方面取得了长足的进展。系统地介绍了激光点火的机理和应用于激光点火的基于Nd∶YAG/Cr4+∶YAG 与Yb∶YAG/Cr4+∶YAG 的被动调Q 固体激光器的最新研究进展,以及两类被动调Q 激光器在激光点火应用中的优缺点,并指出了Yb∶YAG/Cr4+∶YAG 被动调Q 微片激光器在激光点火应用中的优势、需解决的问题及发展方向。
激光器 被动调Q 激光点火 激光与光电子学进展
2015, 52(3): 030007