1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为研究缓冲气体对循环流动半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）气体温度三维分布和输出性能的影响，将光束传播方程引入循环流动DPAL理论模型，仿真分析了高功率泵浦情况下缓冲气体配比和压强对端面泵浦横向流动铯蒸汽激光器（Cs-DPAL）输出性能的影响，获得了蒸汽池内工作气体温度的三维分布和对应的输出功率。结果表明，使用纯烷烃作为缓冲气体时，相比于CH4，相同压强的C2H6对应的蒸汽池内温度更低，激光输出功率更高；使用烷烃气体和惰性气体的混合物作为缓冲气体时，若烷烃的压强较低，加入适量的He或Ar可降低蒸汽池内温度并提升激光输出功率。
碱金属蒸汽激光器 气体循环流动 高功率激光器 DPAL flowing-gas circulation high power laser 红外与激光工程
2022, 51(10): 20211105
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室 吉林 长春 130033；中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室 吉林 长春 130033
半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）兼具半导体激光器和气体激光器的技术特点，具有量子效率高、受激发射截面大、折射率扰动较小和热管理便捷等优势，可实现高效率、高功率和高光束质量近红外激光输出，在工业制造、**、医疗和科研等领域具有重要的应用价值。对于封闭静止型DPAL，在高功率泵浦情况下，蒸汽池内工作气体温度升高，热效应严重，造成DPAL性能下降。而循环流动型DPAL利用气体流动带走废热，可显著缓解工作气体的热效应，从而实现高功率激光输出。目前，循环流动型DPAL已成为实现高功率激光输出的主要技术路线，引发了越来越多的关注和研究。文中将介绍循环流动型DPAL的基本原理，概述其国内外发展现状，分析其高功率运转情况下的主要问题和解决途径，并对循环流动型DPAL的发展趋势进行展望。
半导体泵浦碱金属蒸汽激光器 气体循环流动 高功率激光器 DPAL flowing-gas circulation high power laser 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201080
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
780.0 nm窄线宽、高功率半导体激光器对于发展Rb碱金属蒸汽激光器具有重要意义。为获得好的泵浦效果, 泵浦光谱与碱金属蒸汽的吸收光谱需严格匹配, 必须压窄半导体激光输出线宽, 且稳定中心波长。反射式体布拉格光栅（RVBG）外腔反馈是目前实现窄光谱光源的主要方案之一。本文提出了快轴准直镜-光束变换器-慢轴准直镜-反射式体布拉格光栅（FAC-BTS-SAC-RVBG）的结构, 压缩入射到RVBG的激光发散角, 提高RVBG有效反馈率, 相对于常规的“FAC+SAC+RVBG”结构, 提升光谱锁定效果。基于“FAC+BTS+SAC+RVBG”结构, 研制出780 nm窄线宽激光器, 连续功率达到47.2 W, 通过对RVBG精确温控, 可将中心波长稳定在780.00 nm。采用单模光纤探测, 光谱宽度为0.064 nm（FWHM）, 温漂系数为0.001 2 nm/℃, 电流漂移系数为0.001 3 nm/A, 可用于Rb碱金属蒸汽激光器泵浦。
半导体激光器 窄线宽 反射式体布拉格光栅 半导体激光泵浦碱金属蒸汽激光器 diode laser narrow linewidth reflective volume Bragg grating(RVBG) diode laser pumping alkali metal vapor laser(DPAL)
由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大, 因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外, 分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析, 最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm, 一级主放大级的为5 cm, 二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时, 也评估了采用此设计方案时, 整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。
气体激光器 端面泵浦 碱金属蒸气激光器 密闭蒸气池长度 工作温度 gas laser end pumped DPAL MOPA MOPA cell length temperature 红外与激光工程
2016, 45(11): 1106003
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali vapor laser (DPAL) is one of the most promising candidates of the next-generation high-powered laser source. As the saturated number density of alkali vapor is highly dependent on the temperature inside a vapor cell, the temperature distribution in the cross-section of a cell will greatly affect the homogeneity of a laser medium and the output characteristics of a DPAL. In this paper, we developed an algorithm based on the regime concluding quasi-Hilbert transform to evaluate the phase aberration of a wavefront when the probe beam passes through the vapor cell placed in one arm of a Mach–Zehnder interference setup. According to the theoretical algorithm, we deduced the temperature distribution of a cesium vapor cell for different heating conditions. The study is thought to be useful for development of a high-powered laser.
DPAL DPAL Hilbert transform Hilbert transform temperature distribution temperature distribution vapor cell vapor cell High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e38
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali laser (DPAL) provides the significant promise for high-powered performances. In this paper, a mathematical model is introduced for examination of the kinetic processes of a diode-pumped cesium vapor hollow-core photonic-crystal fiber (HC-PCF) laser, in which the cesium vapor is filled in the center hole of a photonic-bandgap fiber instead of a glass cell. The influence of deleterious processes including energy pooling, photo-ionization, and Penningionization on the physical features of a fiber DPAL is studied in this report. It has been theoretically demonstrated that the deleterious processes cannot be ignored in a high-powered fiber-DPAL system.
DPAL DPAL hollow core hollow core ionization ionization photonic bandgap photonic bandgap High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e37
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林长春 130033
2 中国科学院大学，北京100049
以光纤耦合半导体激光器作为泵浦源，5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质,开展了端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配实验研究。分析了泵浦光聚焦光斑半径和聚焦位置对铯激光输出性能的影响。以激光器的工作斜效率和光光效率为指标对各模式匹配参数进行了优化，同时对激光器的阈值泵浦功率进行了研究。结果表明: 在一定的激光振荡模束腰下，存在最佳的泵浦光聚焦光斑半径使斜效率最大。此外，聚焦位置在蒸气池中央时有利于提高斜效率和光光效率。对阈值泵浦功率的研究显示，阈值泵浦功率随泵浦光聚焦光斑半径的减小而减小，而且当泵浦光聚焦于蒸气池前端时有利于降低阈值泵浦功率。基于以上研究，获得了一组最佳模式匹配参数，即泵浦光聚焦光斑半径为333 μm, 激光振荡模束腰为167 μm，泵浦光聚焦位置位于蒸气池中央。
半导体泵浦碱金属蒸气激光器 铯蒸气 端面泵浦 模式匹配 Diode-pumped Alkali Vapor Laser(DPAL) cesium vapor end-pumped mode-matching 光学 精密工程
2015, 23(10): 2755
简要概述了半导体泵浦碱金属激光器(DPAL)的产生背景与独特优势, 以其特性为基础、应用为导向, 基于国内外最新进展分析了谱线匹配、连续稳定运转和提高输出功率这三大问题, 并对新型复合受激态准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)的基本原理及优缺点进行了阐述。通过对碱金属激光器现有解决思路进行对比和总结, 在能级理论和缓冲气体作用机理、泵浦机理和腔结构以及高功率定标放大等方面, 对未来可能的研究方向进行了展望, 以期突破DPAL相关技术瓶颈, 实现高能量高光束质量的红外激光输出。
激光器 碱金属激光器 定标放大 laser alkali laser DPAL DPAL scaling magnification XPAL XPAL
