中国航空工业集团公司 洛阳电光设备研究所 光电控制技术重点实验室, 洛阳 471000
为了获得结构紧凑、光束质量高、光轴稳定性好的机载激光辐射器, 采用LD端面抽运构型与正交直角棱镜腔技术对该型激光器进行研究, 基于琼斯矩阵理论分析了特殊波片实现调Q关门的原理, 通过带曲率设计的直角棱镜腔镜,将腔型控制在大基模尺寸, 并实验对比了正交偏振关门与特殊波片关门两种方式。结果表明, 在正交偏振关门状态下, 20 Hz的工作重频时获得了单脉冲能量72.2 mJ、光束质量Mx2=8和My2=6的激光输出;基于K9玻璃的直角棱镜材料, 利用0.648λ波片进行调Q关门, 在20 Hz的工作重频下, 获得了单脉冲能量80 mJ、光束质量Mx2=5.7和My2=4.8的高光束质量输出, 其中激光器在x与y方向上的发散角分别为1.65 mrad和1.35 mrad。这一结果对高性能小型化激光器的研发是有帮助的。
激光器 光束质量 端面抽运 直角棱镜腔 电光调Q lasers beam quality end-pumped Porro prism cavity electro-optical Q-switched
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响，提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性，以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析，系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明：键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用，还起到了热沉的效果，可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm，采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度，但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加，热效应也会加剧，泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K，热应力增加1.5 MPa，热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加，但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。
LD端面泵浦 Er:Yb:glass/Co:MALO 调Q激光器 热效应 热应力 LD end-pumped Er:Yb:glass/Co:MALO Q-switched laser thermal effect thermal stress 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230349
1 中国科学院空天信息创新研究院光学工程研究部，北京 100094
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
本文报道了一种基于传导冷却端面泵浦板条（CCEPS）结合正交Porro棱镜谐振腔，采用中心波长为805.8 nm（60 ℃时）、半峰全宽为6.8 nm的泵浦源，可实现在15~70 ℃宽温度区间工作的激光器。实验上获得了脉冲能量为49.82 mJ、脉冲宽度为8.11 ns、重复频率为20 Hz的脉冲激光输出，光斑直径为2.12 mm，发散角小于2 mrad，峰值功率达到6.14 MW，输出能量不稳定度在-1.5%~+1.5%以内。实验测得的激光器输出能量随温度的变化曲线与理论计算得到的板条对泵浦光的吸收效率随温度的变化趋势具有较好的一致性。将该模型进一步优化，设置宽光谱泵浦源的中心波长为806 nm（25 ℃时），激光器的温度不敏感区间较本实验测试温度区间拓宽了将近一倍。
激光器 正交Porro棱镜谐振腔 端面泵浦板条 宽温区 高可靠性 中国激光
2023, 50(19): 1901006
西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
研究了一种对薄片激光晶体进行端面离焦泵浦的涡旋光激光器。泵浦光经过会聚透镜聚焦，当焦点处于薄片Nd∶YAG中时，激光器输出基模。通过移动会聚透镜改变泵浦光焦点，当泵浦光焦点移出薄片Nd∶YAG时，产生1 阶涡旋光，微调输出镜倾斜角度可以改变涡旋光的手性。实验产生了0.57 W的模连续涡旋光以及0.48 W 的模脉冲涡旋光。脉冲涡旋光的重复频率为10 kHz，脉冲宽度为35.2 ns，单脉冲能量为0.048 mJ，峰值功率为1.37 kW。这种方案无需对泵浦光和谐振腔进行特殊设计，具有结构简单紧凑的优点。
激光器 固体激光器 离焦泵浦 涡旋光 调Q 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514005
暨南大学理工学院光电工程系广东省晶体材料与激光技术及应用工程技术研究中心光纤传感与通信技术广东省重点实验室，广东 广州 510632
采用波长锁定的窄线宽880 nm激光二极管（LD）作为泵浦源，通过单块Nd∶YLF晶体实现了稳定、高效的1314 nm激光输出。当入射泵浦功率为70 W时，得到了20.4 W的连续激光输出，光光转换效率为29.1%，光束质量因子为和，连续测量1 h的功率稳定性（均方根值）优于0.1%。进一步，通过在谐振腔内插入声光调制器，实现了主动调Q运转。当重复频率为20 kHz时，获得的最大平均输出功率为16.5 W，脉冲宽度为433 ns；当重复频率为1 kHz时，获得的最高单脉冲能量为9.8 mJ，脉冲宽度为119 ns。在调Q激光输出功率最高时，测量1 h的功率稳定性（均方根值）为1.2%。
红外与激光工程
2020, 49(12): 20201070
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
Nd∶YVO4晶体一般采用 808nm激光作为泵浦源, 但是其强烈的吸收导致了严重的热效应, 限制了激光输出功率和光束质量。采用了吸收相对较弱的 888nm激光作为泵浦源, 显著降低了 Nd∶YVO4晶体在高泵浦功率下的热效应; 结合自主研发的全光纤结构皮秒种子源, 利用再生放大器, 实现了脉冲宽度 12.1ps、重复频率 100～500kHz、最高单脉冲能量超过 250μJ的 1064nm皮秒激光输出。该再生放大器具备体积紧凑、脉冲稳定、单脉冲能量较高、转换效率较高、光束质量良好的优势, 可直接或继续放大后作为超快激光加工系统的光源。
再生放大器 端面泵浦 带内泵浦 掺钕钒酸钇 皮秒激光 regenerative amplifier end-pumped in-band pumped Nd∶YVO4 picosecond laser
基于能量均分方法, 根据经典热传导和热弹性理论, 建立了激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂棒状激光介质的数值模型, 考虑到梯度浓度掺杂激光介质端面与空气的对流换热和激光介质材料的热力学参数的温度相关性, 运用有限元法, 得出了单一浓度掺杂、2阶阶变梯度浓度掺杂、5阶阶变梯度浓度掺杂和理想梯度浓度掺杂四种掺杂结构激光介质内吸收系数、抽运光吸收功率、温度、热应力和应变的空间分布。结果表明, 采用梯度浓度掺杂结构可以大大提高激光介质内抽运光吸收分布的均匀性, 5阶阶变梯度浓度掺杂激光介质的最高温度、最大主拉应力和最大主应变分别为单一浓度掺杂激光介质的42.6%、31.9%和28.1%, 可见明显减小了热效应的影响。理论分析结果可为激光二极管抽运梯度浓度掺杂激光器的合理优化设计提供数据理论支撑。
激光二极管端面抽运固体激光器 热效应 有限元法 梯度浓度掺杂 laser diode end-pumped solid-state laser thermal effect finite element method gradient concentration doping 红外与激光工程
2019, 48(11): 1105004
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
报道了基于磷酸钛氧铷(RTP)晶体的内腔式级联拉曼激光输出特性。采用半导体激光端面抽运声光调Q Nd:YAG晶体产生的1 064 nm激光作为基频光, 尺寸为4 ×4 ×20 mm3、沿x轴切割的RTP晶体作为拉曼增益介质。分别对X(ZZ)X和X(YY)X几何配置的RTP拉曼激光系统进行实验研究。X(YY)X几何配置的拉曼增益相对较低, 导致腔内不同非线性频率变换过程的竞争, 只测量到对应光参量振荡激光的输出。在X(ZZ)X几何配置下成功获得了271 cm-1和687 cm-1两个拉曼频移共同参与级联拉曼激光输出。高阶Stokes光随着抽运功率的增加而依次出现。在10 W入射抽运功率和15 kHz脉冲重复频率下, 获得了总平均输出功率480 mW, 转化效率4.8%的多波长激光输出。波长涵盖了1 000~1 200 nm之间各阶Stokes光。
固体激光器 RTP晶体 受激拉曼散射 声光调Q LD端面抽运 solid-state lasers RTP crystal stimulated Raman scattering acousto-optic Q-switched LD end-pumped 红外与激光工程
2019, 48(6): 0606006
华北光电技术研究所 固体激光技术重点实验室, 北京 100015
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。
1.94 μm激光器 端面泵浦 LD泵浦 高功率 1.94 μm laser end-pumped LD pump high power Tm:YAP Tm:YAP 红外与激光工程
2019, 48(4): 0405006
