半导体激光抽运碱金属激光器(DPAL)具有很高的斯托克斯效率、高光束质量、近红外光谱等优异的特性,得到了广泛的关注和较快的发展。作为典型的三能级激光器, 碱金属激光器连续输出的近红外波长分别为895nm(铯), 795nm(铷), 770nm(钾)。介绍了半导体激光抽运碱金属激光器的物理机理和重要研究进展, 以及作者团队在碱金属激光器方向做的理论和实验研究情况, 讨论了该领域存在的问题和难点, 并对碱金属激光器的未来发展进行了分析和展望。

Nd:YAG陶瓷具有可大尺寸、低成本制备的特点, 但基于Nd:YAG陶瓷的锁模激光器尚未得到大量验证。采用Nd:YAG陶瓷作为增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件, 优化设计了W型谐振腔。在泵浦功率为11.49 W时, 获得了波长为1.06 μm、重复频率为144 MHz和输出平均功率为1.25 W的稳定连续锁模激光, 锁模激光的脉冲宽度为33.6 ps, 单脉冲能量为8.7 nJ, 峰值功率为0.26 kW。实验结果表明: Nd:YAG陶瓷作为增益介质, 可应用于被动锁模超快皮秒激光器中。

Thermal effect is still the most serious problem: it restricts the high power and high beam quality of solid laser to be further enhanced. The efficient thermal management is an important approach to suppress the thermal effect. In this paper, the thermal effect in a gas-cooled laser diode pumped multislab Nd:glass amplifier operating at a repetition rate is investigated in detail both theoretically and experimentally. The three-dimensional distributions of temperature, stress, strain, and birefringence are calculated by a finite element analysis. Based on these data, the thermally induced wavefront distortions and depolarization losses are determined with considering six slabs and one laser head. It is revealed that the theoretical data are in good agreement with the experimental results: the total wavefront distortion is 6.77λ and a depolarization loss of more than 90% accumulates over six slabs when the heat deposition is 0.7 W/cm3.

描述了一种可调谐全固态Nd:YVO4/LBO倍频连续671 nm环形激光器的结构参数和相关实验研究。激光器采用四镜环形腔结构，利用880 nm激光二极管(LD)端面抽运YVO4-Nd:YVO4复合晶体和Ⅰ类相位匹配的LBO倍频方式，加入TGG旋光器和λ/2波片组成的光学单向器实现单向运转，通过对法布里-珀罗(F-P)标准具角度和腔镜压电晶体电压的调节实现了激光输出波长671 nm附近的调频。在抽运功率为23 W，吸收抽运功率为14.5 W时，输出单频671 nm连续红光最高功率为1.08 W,光-光转换效率为7.4%；加标准具调谐时，获得了最高功率为738 mW的可调谐红光输出。

使用自行搭建的24通抽运系统，实现了880 nm激光器二极管直接上能级抽运的Nd:YVO4薄片激光器。采用厚度为0.3 mm、掺杂原子数分数为0.5%的Nd:YVO4薄片晶体，在39.3 W的抽运功率下获得了20.6 W的1064 nm连续激光输出，光光转换效率超过50%。

报道了半导体激光器抽运的连续锁模镱钠共掺氟化钙(Yb,NaCaF2)激光器中, 利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)启动被动锁模, SF10棱镜对进行腔内色散补偿, 在吸收抽运功率为9 W的条件下, 采用1%的耦合输出镜, 获得了脉冲宽度为406 fs, 输出功率为80 mW, 中心波长在1043 nm附近, 重复频率为94.8 MHz的连续脉冲序列。

采用激光二极管( LD) 抽运c轴切割的Nd:GdVO₄晶体,声光调制器作为主动调Q开关,Cr4+:YAG饱和吸收体作为被动调Q开关,实现了声光Cr4+:YAG 主被动双调Q 1.06 μm 激光运转。实验结果表明,通过改变声光调制器和Cr4+:YAG饱和吸收体在谐振腔内的位置,可以有效地控制脉冲宽度,同时获得了双调Q激光的单脉冲能量、峰值功率的变化范围。根据ABCD矩阵传输理论计算得出的腔内模式半径沿腔轴的变化关系,考虑腔内振荡光强的空间高斯分布以及声光调制的渡越时间,给出了LD抽运声光Cr4+:YAG主被动双调Q激光的耦合速率方程组,理论计算与实验结果相符。

在LD端面抽运的Nd∶YVO4激光器中插入Cr4+∶YAG晶体，获得了稳定的1.06 μm波长的高重复率被动调Q脉冲激光输出。实验研究了抽运功率、腔长、输出镜透过率对输出功率的影响，以及不同抽运功率下脉冲重复频率和脉冲宽度的变化，并对结果进行了理论分析。当腔长为8 cm，抽运功率为27 W时，得到重复率37.8 kHz、平均功率3.5 W的调Q脉冲序列；单个脉冲能量为93 μJ、脉宽为24 ns、峰值功率为3.9 kW。

提出了由热键合直角棱镜与角锥棱镜构成的非平面环形激光器, 通过将环形磁铁施加到材料为熔融石英的角锥棱镜上, 实现了该激光器的946 nm单频运转。直角棱镜由未掺杂YAG和Nd∶YAG晶体热键合形成, 充当激光增益介质。采用芯径为200 μm, 数值孔径为0.22的光纤耦合半导体激光器进行端面抽运, 得到了160 mW的连续946 nm单频激光输出。

掺镱氟化钙(Yb3+CaF2)激光器是最近国际上研究的热点之一, 2008年报道的该类激光器, 在64 W激光二极管(LD)的抽运下, 实现了平均输出功率10.2 W的连续激光输出。利用国产镱钠共掺的氟化钙(Yb,NaCaF2)激光晶体, 采用三镜折叠腔型和激光二极管抽运, 获得了该类激光器(Yb,NaCaF2 /YbCaF2)的高功率连续输出。实验参数为：输出耦合镜的透过率为4%, 激光二极管的最大输出功率为40 W, 中心波长为976 nm。当吸收抽运功率18.2 W时, 获得了14.5 W的最高功率连续激光输出, 相应的斜率效率为80%。结果表明, 国产Yb,NaCaF2晶体具有低激光阈值和高负载能力, 是一种优良的高功率激光材料。