Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
2 Institute of Applied Electronics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 430079, China
3 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100193, China
A high-power CW Yb:YAG slab laser amplifier with no adaptive optics correction has been experimentally established. At room temperature, the amplifier emits a power of 22 kW with an average beam quality (β) of less than 3 in 0.5 min. To our knowledge, this is the brightest slab laser without closed-loop adaptive optics demonstrated to date. In addition, an extracted power of 17 kW with an optical extraction efficiency of 33%, corresponding to a residual optical path difference of less than 0.5 µm, is achieved with the single Yb:YAG slab gain module. The slab gain module has the potential to be scalable to higher powers while maintaining good beam quality. This makes a high-power solid-state laser system simpler and more robust.
laser amplifier Yb:YAG slab laser surface quality pumping uniformity Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031402
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
为了明晰碟片多通放大器的腔体设计方法，本文对不同类型的碟片多通放大器做归纳与总结，共归纳出4f中继成像、谐振腔设计/光学傅立叶变换、近准直光束传输与其他共4种设计理念的多通放大器。介绍了每种放大器的设计方法并详尽列举了研究现状。通过对比4种类型的碟片多通放大器，发现不同种类的多通放大器各有优缺点。4f中继成像需要真空环境以避免焦点处的气体电离，因此机械装置与调试难度较大；谐振腔设计/光学傅立叶变换概念多通放大器的镜片处存在较小光斑，因此较适用于较低能量的多通放大器；近准直光束传输方法由于不需要真空环境，具备很大的发展潜力，但需要精准控制激光运转状态下的碟片面形，难度也较大。因此，从激光器设计角度来看，需要对碟片多通放大器继续进行优化设计，从而同时实现使用场景的多元化与输出能量的可持续拓展。
激光 碟片 多通放大器 腔体设计 激光放大器 laser thin-disk multi-pass amplifier cavity-design laser amplifier 杨保来 1,2,3王鹏 1,2,3奚小明 1,2,3马鹏飞 1,2,3[ ... ]王泽锋 1,2,3,*
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
综述了近年来公开报道的LD泵浦光纤激光器的研究进展及典型结果，分为光纤激光振荡器、光纤激光放大器和“振荡+放大一体化”激光器3个部分进行介绍。在光纤激光振荡器部分，介绍了空间结构光纤振荡器和全光纤结构光纤振荡器的发展及典型结果；在光纤放大器部分，重点对大于5 kW功率的典型光纤放大器进行介绍；最后，对改进的“振荡+放大一体化”激光器的典型结果及技术优势进行介绍。
掺镱光纤 高功率 光纤激光振荡器 光纤激光放大器 光学学报
2023, 43(17): 1714005
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 粒子输运与富集技术国家级重点实验室，天津 300180
为了克服高气压CO2激光脉冲放大器增益谱线调制效应、平滑增益谱线包络以及减少次级脉冲输出，笔者以多种CO2同位素混合物为工作介质，建立了超短CO2脉冲放大模型，模拟了不同中心波长的长波皮秒激光脉冲注入不同气压、不同比例CO2同位素的高气压CO2激光放大器后的增益谱线特性和脉冲输出特性。模拟结果表明：在气压为5 bar、13C和18O原子占比均为50%的条件下，10.591 μm附近的增益谱调制度为19.65%，R支较P支增益谱调制度降低了约40%，较好地抑制了次级脉冲输出。在气压为10 bar的条件下，对脉宽为0.3 ps、能量为0.01 J的种子光进行模拟放大，结果显示：在9 μm波段，采用12C和13C的6种CO2同位素放大的激光脉宽相比采用12C的3种CO2同位素放大的激光脉宽压缩了28.14%，拖尾能量占比下降了46.37%；在10 μm波段，采用12C和13C的6种CO2同位素放大的激光脉宽相比采用13C的3种CO2同位素放大的激光脉宽压缩了23.26%，拖尾能量占比下降了40.06%。
激光光学 CO2激光放大器 CO2同位素 增益谱平滑 皮秒脉冲 中国激光
2023, 50(11): 1101017
1 中国科学院理化技术研究所固体激光重点实验室，北京 100190
2 中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室，北京 100190
3 齐鲁中科光物理与工程技术研究所，山东 济南 250000
4 中国科学院大学，北京 100049
报道了一台大能量高光束质量激光二极管侧面泵浦的短纳秒脉冲Nd∶YAG激光器。激光器包括纳秒电光调Q振荡器和两级侧面泵浦Nd∶YAG棒状放大器。振荡级采用Nd∶YVO4晶体作为增益介质可减少热致双折射效应并降低腔内损耗。放大级采用两级串联放大的方式以提高放大倍数。最终，在脉冲重复频率为10 Hz时，获得了最大单脉冲能量为377 mJ、脉冲宽度为5.9 ns、平均光束质量因子为的1064 nm激光输出。这种大能量、窄脉宽、高光束质量激光器有望用于远距离高精度的激光测距。
激光器 大能量 电光调Q 窄纳秒脉宽 激光放大器 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0914006
通过激光放大器获得高功率的激光输出时，增益材料的损伤特性决定了激光器的使用寿命。以激光二极管（LD）端面泵浦的单片钕玻璃激光放大器为例，对泵浦过程增益材料内部的光场特性和热效应引起的端面应变进行了研究。结合电子增殖理论，建立了一个激光增益材料场致损伤特性分析模型。研究了增益材料内部的雪崩电离速率和多光子电离速率的变化规律，并根据临界自由电子数密度确定了材料发生损伤的具体位置。研究结果表明，激光增益材料发生损伤的位置受到信号光初始光强值、脉冲宽度和泵浦光功率密度影响。当初始光场能量一定，脉冲宽度从10 ns增加到13 ns时，损伤点向入射端方向移动大约14 mm。泵浦光功率密度越大，端面热效应越明显，材料更容易发生损伤。
激光光学 激光放大器 增益材料 光场 损伤特性
1 中国计量大学 光学与电子科技学院，杭州 310018
2 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所，上海 201899
3 上海理工大学 光子芯片研究院，上海 200093
4 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
高效、高平均功率固体纳秒脉冲激光器在光电对抗、激光雷达、材料改性、激光加工等诸多领域发挥着越来越重要的作用，然而目前大多数纳秒级高平均功率激光器采用Yb:YAG或掺Nd材料作为增益介质，材料的高饱和通量或低储能密度会导致激光器放大链路复杂，体积庞大。研究比较了一种更适合作为高平均功率、高脉冲能量激光器增益介质的无序石榴石晶体Yb:CNGG，研究了有源反射镜结构中Yb:CNGG的多程增益特性，分析了放大过程并建立了多程放大模型，在一定的泵浦条件下优化了晶体参数以实现更好的储能。开展了双程放大实验，在15 kW/cm2的泵浦功率密度下得到了1.53倍的增益。对比Yb:CNGG晶体与Yb:YAG晶体的多程放大能力，在相同的晶体参数和泵浦条件下，在入射能量1 mJ时Yb:CNGG可实现2.11 J的脉冲能量输出，优于Yb:YAG晶体1.41 J的能量输出。
Yb:CNGG 激光放大器 多程放大 有源反射镜 激光二极管 Yb: CNGG laser amplifier multi-pass amplification active mirror laser diode 强激光与粒子束
2023, 35(3): 031003
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
为实现片状结构高重复频率大能量激光放大器的高效热管理，采用有限元分析（FEA）方法，充分考虑增益介质内部非均匀热分布、微通道热沉中的流速、对流扩散等影响因素，引入流-热-固多物理场耦合数值分析模型，对激光放大器热沉进行分析优化，并基于优化结果探讨了不同流速下微通道热沉的散热冷却能力。模拟结果表明：当基底厚度、单个微通道高度和宽度、两微通道的间距时，微通道热沉冷却能力最强，热阻最小；微通道内冷却液流速过大会导致较大的流动压力损失；微通道热沉的平均等效换热系数可达 W/（m2 ·K）。
激光器 微通道 片状激光放大器 非均匀温度分布 流-热-固耦合模型 数值仿真
