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。

为解决激光二极管(LD)端面抽运激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、周边恒温、界面热流连续的YAG-Nd:YAG复合晶体棒热分析模型。利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的一般解析表达式。同时定量分析了超高斯抽运光光斑尺寸,光束阶次,YAG晶体长度对YAG-Nd:YAG复合晶体棒温度场的影响。研究结果表明,若LD输出功率为50 W,光学耦合器传输效率为82%,4阶超高斯光束端面抽运YAG-Nd:YAG复合晶体棒时,复合晶体棒内最大温升为132.7 ℃,其中YAG晶体长为1.5 mm,Nd:YAG晶体长5 mm,钕离子掺杂质量分数为1.0 %。研究结果为减小激光晶体热效应、合理设计激光器热稳腔提供了依据。

采用扫描电子显微镜中的阴极发光显微术获得了YAG:Nd~(3+)激光晶体中不同缺陷所形成的显微发光图象。据此进一步分析了这些缺陷的形成机制及其对材料性能的影响。