报道了基于保偏光纤结构的窄线宽窄脉宽高重复频率光纤激光器。采用主振荡器功率放大器（MOPA），主放大级采用芯径为40 μm的光子晶体光纤（PCF），获得了重复频率为10 kHz、脉宽为1.34 ns、光谱宽度为0.05 nm、脉冲能量为298 μJ的稳定激光输出。通过腔外倍频的方式，使用长度为40 mm的温度匹配型三硼酸锂（LBO）晶体，获得了能量为155.5 μJ 的532 nm激光输出，倍频效率为52%，横向和纵向光束质量分别为Mx2=1.28和My2=1.26。该激光器可应用于基于单光子探测技术的空间激光探测雷达。

为了改善宽脊波导半导体激光器侧模特性和光谱特性, 提出了一种具有侧向微结构脊波导和高阶脊表面光栅的分布反馈半导体激光器。该激光器在宽脊波导的两侧刻蚀微结构区, 基于各阶侧模光场分布不同的特性, 增大了谐振腔内基侧模与高阶侧模的损耗差, 消除了远场光斑“多瓣”现象并且输出功率有所提升; 同时, 借助高阶脊表面光栅, 器件的线宽得到了进一步压窄。在脊波导宽度50 μm、腔长1 mm的情况下, 与宽脊波导半导体激光器相比, 制备的激光器件在0.6 A驱动电流下实现了对高阶侧模的抑制, 输出功率、斜率效率、电光转换效率分别提升了16.4%、17.9%、15%, 并且光谱特性得到了有效的改善, 光谱线宽约为39 pm。

基于铯原子( 133Cs)6S1/2-6P3/2-6D5/2阶梯型原子系统,将波长为852.335 nm或852.356 nm的泵浦光与波长为917.483 nm的探测光反向布局于室温下的铯原子气室中,获得了窄线宽、高信噪比的6P3/2-6D5/2超精细能级跃迁的双共振吸收光谱。利用声光调制器建立的“标尺”,可测得激发态6D5/2超精细能级分裂结构的全部频率间隔,进而得到该态的磁偶极超精细常数Ahfs为(-4.59±0.06) MHz,电四极超精细常数Bhfs为(-0.78±0.66) MHz,这与相关文献报道的结果一致。

随着空间技术的发展,空间数据传输速率日益成为制约空间科技应用的瓶颈。空间相干光通信技术由于其较高的通信灵敏度、较强的抗干扰能力和较高的保密性成为研究的热点。在空间相干光通信技术中,零差相干光通信体制在理论上具有最好的灵敏度和抗干扰能力,但需要复杂的锁相闭环系统,对本振激光器的线宽和激光频率调谐带宽都提出了很高的要求。在1550 nm波段,现有的常规激光器难以同时满足窄线宽和高调谐带宽的要求。为此,采用窄线宽种子源结合外电光调制和窄带光栅滤波的方案,实现了光谱信噪比约为28 dB、线宽约为5 kHz、激光频率调谐带宽约为1.5 MHz的激光光源输出。

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。

介绍了利用激光二极管双端泵浦高功率1.89 μm Tm:YLF激光器, 其线宽小于0.1 nm。腔内以Brewster角插入0.05 mm YAG F-P标准具强制起偏, 获得1.89 μm的水平偏振光, 再依次加入0.05 mm和0.3 mm YAG F-P标准具稳定输出波长, 实现窄线宽激光输出。当注入泵浦功率为137 W时, 获得了输出波长为1 889.3 nm 46 W的连续输出功率, 其斜率效率为45.1%。随着泵浦功率由20 W增加到137 W, 输出波长仅漂移了0.12 nm。当激光输出功率为15 W和30 W时, 对应的光束质量分别为1.7和2.2。

针对相干光通信中载波频率漂移的问题,根据实际相干光通信系统,分别采用二进制相移键控(BPSK)和四相相移键控(QPSK)的调制方式,仿真分析了频率漂移引起的星座图周向旋转和误码率的升高。依据激光器频率调节和控制的原理,采用在信号输出端外接鉴相器、单片机和压电陶瓷驱动放大器的方法,设计了一种基于反馈判决控制回路的电路,实现本振激光器的频率对信号激光器的频率的跟踪,稳定载波频率。实验结果表明:当中频载波以100 MHz为基准时,反馈判决电路可将频率漂移稳定在±2 MHz的范围内,频率漂移补偿范围可达到吉赫兹量级,利于后续信号解调。该方案简单切实可行,适用于实际相干光通信系统。

基于Pound-Drever-Hall外腔谐振倍频技术，实现了单频、连续1064 nm基频光的高效倍频转换。精确锁定环形倍频腔腔长，利用I类非临界相位匹配三硼酸锂晶体获得了最高8.73 W的倍频绿光输出，倍频效率为68.9%。在此基础上，研究了倍频绿光的波长锁定与调谐特性，当30 min内波长锁定均方根值小于3 fm时，实现了输出绿光波长在532.15~532.50 nm范围内的连续可调。采用自外差拍频法测量了单频绿光的光谱特性，谱线线宽为18.7 kHz，光束质量因子为1.25，光束质量优异。

短波长、高光子能量的ArF 准分子激光在集成电路光刻、材料加工、激光医学等领域具有重要的应用。结合线宽压窄技术方案设计了193 nm ArF 准分子激光器复合腔结构，理论分析了复合腔结构能量提升的原理。针对准分子激光器的长腔特性，提出了实现其复合腔窄带激光模式锁定的解决方案，并进行了实验验证。与通常插入色散元件的单窄带腔相比，锁定后的准分子激光复合腔在输出线宽基本不变的情况下能量提高了4.02 倍，激光效率大幅提升，能量稳定性也大幅优化。