设计了一种结构紧凑、性能稳定、成本低的腔内和频单纵模593.5 nm黄光激光器。采用线性平凹腔结构,LD端面泵浦Nd∶YVO4晶体产生1064 nm和1342 nm双波长激光束;通过KTP(KTiOPO4)Ⅱ类临界相位匹配在腔内和频产生593.5 nm连续黄光激光输出。利用由单个布氏片(BP)与和频晶体KTP构成的双折射滤波片进行选频,在泵浦功率为5.0 W时,593.5 nm和频光单纵模输出功率为30 mW,方均根噪声为0.8%,线宽为150 MHz。此时,检测到1064 nm和1342 nm基频光均为单纵模状态。实验结果表明,在和频激光器中,利用双折射滤波片技术使得基频光次振荡纵模损耗≥1.5%,即可以实现单纵模和频激光输出。

报道了一种高功率Tm:YAP激光器实验装置, 采用b轴切割的YAP/Tm:YAP/YAP复合晶体作为激光增益介质, 使用中心波长为795 nm的LD模块进行双端泵浦, 当增益介质冷却温度为20 ℃, LD总泵浦功率为301.4 W时, 获得了最高109.5 W的1.94 μm波长线偏振激光输出, 光-光转换效率约为36.3%, 斜率效率约为45.8%, 在此输出功率条件下测得光束质量M2因子为3.8。

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算, 模拟出输出激光特性, 即随着放大器泵浦电流的增加, 放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加, 呈线性增长趋势, 在泵浦电流为80 A时, 输出光能量逐渐饱和, 最大输出能量为798 mJ.实验中, 放大器入射光源采用脉冲能量为350 mJ、重复频率为10 Hz、脉宽为10 ns的脉冲激光, 放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5 mm×134 mm, Nd3+的掺杂浓度为1.1%, 泵浦功率最大24 kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10 Hz, 泵浦电流为80 A, 泵浦脉冲宽度为200 μs时, 获得了最大脉冲能量为700 mJ、脉冲宽度为10 ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.

报道了一种实现高能量输出的激光二极管(LD)泵浦无水冷全固态Nd∶YAG双程放大器结构。 整个放大系统采用了泵浦与晶体棒集成的模块以及半导体制冷器(TEC), 从而实现了激光系统的小型化。总腔长为730 mm。在10 Hz重复频率下, 主振荡器得到了最大脉冲能量为350 mJ的激光输出。脉宽为9.7 ns, 光束质量M2在两个方向分别为7.7和12.3。并进行了双程放大的研究, 双程放大后得到了740 mJ、10 ns的激光输出。

采用非稳腔光参量振荡(OPO)研制了千赫兹重复频率人眼安全波段全固态激光器。激光器采用电光调Q方式、脉冲激光二极管(LD)侧面泵浦Nd:YAG激光晶体实现了高光束质量的1.064 μm基频激光。光参量振荡部分采用Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体, 为了获得较好的光束质量, OPO谐振腔采用平凸非稳定谐振腔结构, 实现了千赫兹重频、窄脉冲1.57 μm波段激光输出。在脉冲激光二极管泵浦电流为125 A、电光调Q重复频率为1 kHz时, 1.57 μm激光输出最大平均功率达到了4.67 W, 激光脉冲宽度为4.3 ns, 功率不稳定度为3%, 激光泵浦阈值约为45 A。

报道了Yb∶YAG双波长激光振荡阈值的理论结果,实验获得了连续双波长激光输出.实验中, 采用紧凑的平凹腔结构、940 nm光纤耦合LD端面泵浦方式, Yb∶YAG晶体作为激光晶体, 采用10%、15%和20%的输出耦合镜, 分别实现了单波长和双波长激光输出, 在最高泵浦功率为20 W时, 输出耦合率分别为10%、20%, 最高获得3.94W的1 050 nm激光和3.40 W的1 030 nm激光, 对应的光光转换效率分别为19.7%和17.0%; 当输出耦合率为15%、泵浦功率为11.7 W时, 获得0.79 W的双波长激光, 对应的光光转换效率为6.8%, 功率比为1∶1.3, 通过光栅光谱仪测量得到双波长谱线中心分别为1 030.31 nm和1 047.50 nm; 当1 030 nm激光功率为3.0 W时, 30 min内输出功率RMS稳定性优于0.18%.该实验结果与理论分析相吻合, 可应用于设计稳定可靠的掺Yb双波长激光器.

为了实现激光器在一定温度范围内LD泵浦源免温控稳定工作, 具有较高并且稳定的泵浦光吸收效率, 分析了DPL激光器中LD发射谱和Nd: YAG增益介质吸收谱的特点及匹配问题, 据此提出了一种激光器免温控泵浦源的多波长选择理论和方法, 同时增加泵浦光吸收长度克服Nd: YAG吸收谱和LD波长失配的不利影响。优化设计了一个波长为802.35 nm@25 ℃、813.15 nm@25 ℃和810.95 nm@25 ℃的三波长LD泵浦方案, 计算结果表明: 在一定吸收长度下, 多波长泵浦光吸收效率可达73.96%, 并且在-15.7~65.7 ℃宽温度波动范围内, 激光器输出能量不稳定度优于5%。同时还模拟分析了增益介质吸收长度和掺杂浓度对泵浦光吸收效率的影响。

掺Yb氟化物激光材料是继掺Yb氧化物激光材料之后的另一类重要的掺Yb激光材料, 已经成为可调谐激光和超快激光领域中研究的热点之一。 针对两种国产新型掺Yb的氟化物激光材料: 混晶材料Yb∶CaF2-SrF2和共掺离子型的单晶材料Yb, Y∶CaF2, 进行了详细的光谱特性比对实验研究。 通过荧光比对实验, 发现这两类激光材料的荧光光谱完全不同, 并分析了不同荧光产生的物理机制。 通过吸收率比对实验, 讨论了两类材料中的激活离子Yb或共掺离子Y的掺杂浓度对晶体吸收特性的影响, 得到了最佳掺Yb离子或共掺Y离子的浓度。 利用激光二极管作为泵浦源, 实现了这两类新型材料在折叠腔型下的连续激光输出运转, 其中对于共掺离子型Yb, Y∶CaF2晶体是首次实现连续激光运转。 通过激光对比实验, 获得了两类激光材料(四种样品)的激光输入—输出关系曲线, 测量了各自的斜效率和激光光谱特征。 通过系统地比较两类激光晶体的吸收率、 荧光光谱特性、 激光光谱特性以及连续激光运转的阈值功率和斜效率等参数得出以下结论: 在四种实验样品中, 共掺离子型单晶材料中的3at%Yb, 6at% Y∶CaF2晶体具有最好的光谱和激光特性, 具有良好的应用前景。 这些实验结果为进一步提升此类激光材料的性能提供了有益的参考。

针对脉冲激光二极管端面泵浦Nd:YAG圆棒晶体产生的热效应问题，考虑到导热系数与温度的函数关系，建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型，运用解析方法计算出Nd:YAG圆棒晶体温场分布。通过对激光晶体工作特点的分析，引入弦截法，得到变热传导系数Nd:YAG圆棒晶体的温场分布表达式。不仅定量分析了在不同脉冲宽度和光斑半径下Nd:YAG圆棒晶体内部温场时变情况，而且也计算了非稳态及准热平衡态时Nd:YAG圆棒晶体的温度场。计算结果表明，使用输出功率为60 W，脉冲频率为100 Hz，脉宽为2 ms的三阶超高斯光泵浦Nd:YAG圆棒晶体端面，则尺寸为φ4×8 mm3的Nd:YAG的圆棒晶体在达到准热平衡状态时，晶体内部最高温和最低温分别为369.1 K和340.5 K。研究结果为如何减小激光晶体热效应提供了一定的参考价值。