Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Laser & Infrared System, Ministry of Education, Shandong University, Qingdao 266237, China
2 School of Information Science and Engineering, Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Technology and Application, Shandong University, Qingdao 266237, China
3 Institute of Novel Semiconductors, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
4 Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ), Berlin 12489, Germany
We present our efforts towards power scaling of Er:Lu2O3 lasers at 2.85 µm. By applying a dual-end diode-pumped resonator scheme, we achieve an output power of 14.1 W at an absorbed pump power of 59.7 W with a slope efficiency of 26%. In a single-end pumped resonator scheme, an output power of 10.1 W is reached under 41.9 W of absorbed pump power. To the best of our knowledge, this is the first single crystalline mid-infrared rare-earth-based solid-state laser with an output power exceeding 10 W at room temperature.
high-power continuous-wave laser mid-infrared laser dual-end pump scheme Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011403
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司, 北京 100024
2 建材行业特种光电材料重点实验室, 北京 100024
采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比, 垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点, 更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时, 产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出, 光光转换效率达到22.5%, 激光脉宽为8 ns, 发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度, 通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益, 从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡, 为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。
垂直腔面发射激光 端面泵浦 调Q激光 自激振荡 Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL) end pump Q-switched laser self-excited oscillation
1 绍兴文理学院 数理信息学院, 浙江 绍兴 312000
2 温州大学 激光与光电子技术研究所, 浙江 温州 325035
为了优化MgO∶PPLN连续光参量振荡器(OPO)的输出特性, 对三镜直腔结构的内腔式OPO系统进行腔结构设计, 对其同时输出高效的信号光和闲频光进行研究。采用半导体激光端面抽运Nd∶YVO4晶体实现连续的1 064 nm激光为基频光。对比分析了基频激光腔和OPO腔各腔镜分别采用平面镜或平凹镜的三种腔型结构的激光输出特性。基于30.5 μm的极化周期和12.4 W入射抽运功率时, 获得了最高输出功率3.92 W(信号光2.6 W和闲频光1.32 W), 转化效率31.6%的激光输出, 对应的信号光和闲频光的中心波长分别为1 549 nm和3 394 nm。结果表明三个腔镜均采用平凹镜时, 可有效的压缩基频激光腔在MgO∶PPLN晶体上的光斑, 提升基频激光的功率密度, 而且基频激光腔和OPO腔的基模光斑在MgO∶PPLN晶体上更好的匹配, 从而提升变频效率。
光参量振荡 中红外激光 准相位匹配 端面抽运 optical parametric oscillator mid-infrared laser MgO∶PPLN MgO∶PPLN quasi-phase-matching end-pump
1 北京空间机电研究所, 北京 100094
2 北京市航空智能遥感装备工程技术研究中心,北京 100094
3 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
4 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
高重复频率、高峰值功率、窄线宽的激光在激光雷达领域具有重要的应用价值。在对高重频窄线宽激光进行放大时, 为了同时实现高放大倍率与高光束质量激光输出, 在高重频、窄线宽被动调Q激光器作为种子源的前提下, 设计了利用888 nm半导体激光端面泵浦Nd:YVO4块状晶体实现高增益的一级放大, 808 nm半导体激光侧面泵浦Nd:YVO4板条晶体实现低热透镜效应的二级放大的方案。在重复频率10 kHz时, 获得了峰值功率5 MW, 线宽154 pm, 脉冲宽度0.6 ns, 平均功率31.5 W, 光束质量M2为1.98的激光输出。从而验证了将高放大倍率与高光束质量分别控制的放大器设计思路。
放大器 高重复频率 高峰值功率 窄线宽 端面泵浦 amplifier high repetition rate high peak power narrow line-width end pump 红外与激光工程
2019, 48(2): 0206002
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
3 江苏曙光光电有限公司, 江苏 扬州 225009
高峰值功率以及高光束质量的激光光源在激光加工等领域具有重要的应用价值。利用重复频率为50 kHz、脉宽为3.9 ps、平均功率为10.9 mW的光纤种子光源, 经过两级固体双通放大, 最终得到平均功率为27.65 W, 峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级放大器为端面抽运Nd∶YVO4放大级, 第二级放大器为侧面抽运Nd∶YAG放大级。通过利用球差补偿理论设计的双通放大结构以及调节放大级中的填充因子, 控制最终激光输出的光束质量, 得到输出激光的光束质量因子M2=1.30。
激光器 球差补偿 端面抽运 侧面抽运 光纤-固体混合放大激光器
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
为了获得简单紧凑的固体激光器, 采用半导体端面抽运三程折叠谐振腔板条激光器, 建立了热透镜等效腔模型, 进行了等效腔稳定性及腔内基模光斑半径的仿真分析, 将新型结构与平-平腔结构进行了比对性实验研究。结果表明,在三程折叠腔长为170mm时, 获得了21W的1064nm激光功率输出, 光光转换效率为16.4%, 斜效率为25%, 水平和竖直方向上的M2因子分别为10.8和2.76。同等条件下, 水平方向上M2因子从平-平腔的152.7优化到三程折叠腔的10.8; 输出光斑水平方向尺寸由平-平腔的10.8mm压缩到三程折叠腔的4.1mm,验证了结构简单紧凑的端面抽运三程折叠谐振腔激光器光束的输出能力。该研究对获得腔内调Q和腔内倍频532nm激光器有实际意义。
激光器 谐振腔 双端抽运 谐振腔稳定性 基模 lasers resonator dual-end pump stability of resonator fundamental mode
西安建筑科技大学理学院, 陕西 西安 710055
对微片激光晶体的实际工作特点进行分析, 根据热容激光器的管理模式, 建立抽运和冷却阶段的晶体热模型。然后引入变热传导系数对方程进行求解, 分别得到激光二极管(LD)单端抽运和冷却时热容激光器温度场的表达式。并对光斑半径和抽运时间这两个影响晶体温度场的因素进行了分析, 计算结果表明：当Nd∶YAG晶体热导率分别为常量和变量时, 其抽运端面的最大温升分别为459.24 ℃、535.78 ℃。其中晶体钕离子的质量比为1.0%, 微片尺寸为Φ20 mm×1 mm, 抽运功率为60 W, Nd∶YAG晶体对入射抽运光的吸收系数是910 m-1, 超高斯光束阶次为3, 抽运光的光斑半径为800 mm。计算分析结果对LD端面抽运固体热容激光器谐振腔的设计具有借鉴意义。
激光器 微片激光器 端面抽运 温度场 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 121404
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
利用双包层掺镱光子晶体光纤(DC-PCF)作为增益光纤, 设计制作了全光纤双包层光子晶体光纤放大器。实验制作了匹配DC-PCF的(6+1)×1端面抽运耦合器, 6根抽运光纤采用包层直径、纤芯直径分别为105 μm和125 μm（数值孔径为0.22）的多模光纤, 信号光纤采用普通单模光纤。利用套管法制作端面抽运耦合器, 并将制作完成的耦合器与DC-PCF直接熔接, 再对光子晶体光纤进行锥棒熔接, 锥棒输出端面镀1000~1100 nm的增透膜, 以防止激光反馈对整个放大系统产生影响。对全光纤双包层光子晶体光纤放大器进行测试, 使用976 nm的抽运源提供能量, 信号光使用波长为1064 nm、功率为2 W的连续光。当抽运功率达到最大值151.83 W时, 最大输出功率为108.1 W, 斜率效率为72.7%。输出光斑为很好的基模光斑, 体现了光子晶体光纤在具有大模场面积的同时仍能保持基模传输的优良特性。
光纤光学 光纤放大器 端面抽运耦合器 双包层光子晶体光纤 全光纤 中国激光
2017, 44(11): 1106007
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
在大功率端面抽运固体激光器中, 传统Nd∶YAG晶体吸收谱线较窄, 极易受到抽运源因温度发生波长漂移的影响, 导致激光器输出功率出现起伏变化。为了降低激光器对抽运源温度波长漂移的敏感程度, 将具有优良热物性参数的Nd∶YAG晶体和具有宽吸收谱特性的Nd∶YVO4晶体相结合, 通过前后组合放置的方式, 由前端Nd∶YAG晶体吸收大部分抽运光能量, 用后端Nd∶YVO4晶体对未被吸收的抽运光能量进行补充吸收。当抽运源出现波长漂移时, 两种晶体通过互补吸收的方式, 使激光器吸收效率和输出功率保持稳定, 从而降低抽运源温度波长漂移对激光器产生的影响。实验表明, 在抽运功率97.5 W时, 这种双晶体组合方案可在抽运源工作温度为22~32 ℃内, 实现对抽运光大于90%的吸收效率, 同时激光器输出功率不稳定度小于8%, 有效改善了激光器对抽运源温度波长漂移的敏感程度。
激光器 端面抽运 波长漂移 组合晶体
1 深圳市海目星激光科技有限公司，广东 深圳 518110
2 深圳信息职业技术学院机电工程学院，广东 深圳 518172
基于CFD模拟仿真技术，优化了激光腔体散热鳍片的微通道结构和数量，采用折叠腔LD双端泵浦抽运方式，使用高速电光Q开关进行调制、LBO晶体进行倍频和和频。在重复频率为15 kHz时得到最大输出功率为12.34 W和最窄脉宽为12 ns的稳定紫外脉冲输出，基频光的光-光转换效率约为41%。
微通道 风冷式紫外激光 双端泵浦 晶体 CFD CFD micro-channel air-cooled UV laser double-end pump crystal
