Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Sino-German College of Intelligent Manufacturing, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
2 Han’s Laser Technology Industry Group Co., Ltd., Shenzhen, China
3 Shenzhen Key Laboratory of Laser Engineering, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, China
4 Shenzhen Key Laboratory of Ultraintense Laser and Advanced Material Technology, College of Engineering Physics, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
We present an effective approach to realize a highly efficient, high-power and chirped pulse amplification-free ultrafast ytterbium-doped yttrium aluminum garnet thin-disk regenerative amplifier pumped by a zero-phonon line 969 nm laser diode. The amplifier delivers an output power exceeding 154 W at a pulse repetition rate of 1 MHz with custom-designed 48 pump passes. The exceptional thermal management on the thin disk through high-quality bonding, efficient heat dissipation and a fully locked spectrum collectively contributes to achieving a remarkable optical-to-optical efficiency of 61% and a near-diffraction-limit beam quality with an M2 factor of 1.06. To the best of our knowledge, this represents the highest conversion efficiency reported in ultrafast thin-disk regenerative amplifiers. Furthermore, the amplifier operates at room temperature and exhibits exceptional stability, with root mean square stability of less than 0.33%. This study significantly represents advances in the field of laser amplification systems, particularly in terms of efficiency and average power. This advantageous combination of high efficiency and diffraction limitation positions the thin-disk regenerative amplifier as a promising solution for a wide range of scientific and industrial applications.
high efficiency high power picosecond laser regenerative amplifier thin-disk laser High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(2): 02000e14
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
基于Yb∶YAG单碟片模块设计并搭建了激光再生放大器,实现了重复频率为1 kHz、脉冲能量为107 mJ、脉冲宽度为1.2 ns的近衍射极限激光输出,x的光束质量因子()和y方向的光束质量因子()分别为1.07与1.05,光光转换效率为11%。激光中心波长为1031.7 nm,光谱宽度为2.04 nm,该光谱宽度支持将激光的脉宽压缩至735 fs。据我们所知,这是国内首次使用单碟片激光再生放大器实现重复频率为1 kHz、单脉冲能量为107 mJ的激光输出。
激光器 碟片 再生放大器 Yb∶YAG 啁啾脉冲
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
3 光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
介绍了一种无法拉第旋光器的驻波腔再生放大器,通过利用偏振片的剩余反射率,实现种子激光注入与再生腔输出激光输出的光路分离。最终,在10 kHz重复频率下,实现了平均功率为4.87 W的放大皮秒脉冲激光输出,对应的脉冲宽度为53 ps,激光光束质量因子为M2<1.19。
激光光学 再生放大器 驻波腔 法拉第旋光器 Nd∶YVO4 光学学报
2022, 42(23): 2314001
光子学报
2022, 51(11): 1114003
1 State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology and Institute of Heavy Ion Physics, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Key Laboratory of Particle Acceleration Physics & Technology, Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Spallation Neutron Source Science Center, Dongguan 523803, Guangdong , China
In this paper we report a compact and robust regenerative amplifier developed as the pump laser for a high repetition rate terahertz parametric amplifier. With properly chosen pump source and carefully designed cavity, Nd∶YVO4 crystal, and laser beam collimator, a maximum output pulse energy of 480 μJ has been achieved at the repetition rate of 10 kHz. The output laser has a nearly Gaussian transverse profile and a narrow bandwidth of 0.2 nm. Long-term monitoring shows an root mean square power fluctuation of about 1%. These characteristics satisfy all requirements for high repetition rate terahertz parametric amplifier.
regenerative amplifier terahertz parametric amplifiers thermal lens 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2136001
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家研究中心, 北京 100190
3 松山湖材料实验室, 广东 东莞 523808
4 中国科学院大学物理科学学院, 北京 100049
超快激光再生放大过程具有复杂的动力学行为, 需要建立模型进行求解和迭代计算。基于改进的 Frantz-Nodvik 方程计算了 Yb:KGW 晶体再生放大器的输出性质, 研究了泵浦强度、晶体长度和泵浦脉宽对放大器输出性能的影响, 同时对不同重复频率再生放大器的输出行为进行了分析。在此基础上设计了再生放大器, 得到了重复频率 1 kHz、单脉冲能量 1 mJ 的激光放大结果, 与理论分析结果符合得较好。该改进的 Frantz-Nodvik 方程对于设计高重复频率、大能量且性能稳定的激光放大器具有参考价值。
激光技术 Frantz-Nodvik 方程 掺镱放大器 再生放大 laser techniques Frantz-Nodvik equation ytterbium-doped amplifier regenerative amplifier
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710126
2 中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家实验室, 北京 100190
3 松山湖材料实验室, 广东 东莞 523808
4 中国科学院大学物理学院, 北京 100049
在啁啾脉冲放大 (CPA) 系统中, 时域展宽器与压缩器的匹配是获得高对比度飞秒脉冲的关键。相比较常规的 Martinez 和 ffner 结构的展宽器, 基于同心结构的展宽器由于物与像完全重合, 可以消除像差带来的高阶色散的影响, 进而采用光栅对压缩器以获得更好的压缩效果。透射光栅对和凹面反射镜组合实现的同心展宽器具有结构紧凑的优点, 将该展宽器替代原有的 Martinez 型展宽器, 在重复频率为 1 kHz、泵浦功率为 11.4 W 的泵浦条件下, 展宽后的啁啾脉冲经环形腔钛宝石再生放大器进行能量放大, 再由光栅对进行压缩, 可获得脉冲宽度为 47.5 fs 的压缩结果, 接近于光谱带宽 22.1 nm 的傅里叶变换极限。该结果表明基于透射光栅的同心展宽器可以获得较好的飞秒脉冲压缩效果。
激光技术 飞秒激光 啁啾脉冲放大 脉冲展宽器 再生放大器 laser techniques femtosecond laser chirped-pulse amplification pulse stretcher regenerative amplifier
1 Shenzhen Key Laboratory of Ultraintense Laser and Advanced Material Technology, Center for Advanced Material Diagnostic Technology, College of Engineering Physics, Shenzhen Technology University, Shenzhen , Guangdong 518118, China
2 College of Physics and Optoelectronic Engineer, Shenzhen University, Shenzhen , Guangdong 518060, China
A diode pumped high energy Yb∶YAG rod regenerative amplifier was demonstrated with a maximum energy of 22.3 mJ, excellent energy stability (~0.8% root mean square), and beam quality (M2 < 1.2) at 10 Hz repetition rate. To the best of our knowledge, this is the highest energy so far obtained by a Yb∶YAG rod regenerative amplifier.
laser optics high energy Yb∶YAG rod regenerative amplifier 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1736001
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 M.F.Stelmakh股份有限公司极地研究所, 俄罗斯 莫斯科 117342
近年来,超快激光器已成为激光精密制造的主力光源。为进一步提高激光加工效率和加工能力,需获得更高平均功率、更大单脉冲能量的超短脉冲激光器。本文基于自研的单薄片模块和串接的双薄片模块分别搭建了一套皮秒薄片激光再生放大器,其中基于单薄片模块的再生放大器采用脉宽小于10 ps的种子源,最终获得平均功率44.2 W、脉冲宽度9.3 ps、单脉冲能量220 μJ的脉冲激光输出,放大器效率约为13.4%。基于串接的双薄片模块的再生放大器采用脉宽800 ps的种子源,在重复频率200 kHz时获得了126 W的激光输出,在重复频率100 kHz时,实现最大输出单脉冲能量为0.96 mJ。考虑到放大的自发辐射的影响,对单薄片结构再生放大器的动力学过程进行了理论建模,得到和实验相符的结果。更进一步的仿真计算和实验表明较低的单程增益使得薄片再生放大器的光光效率受腔内损耗影响较大,降低腔内损耗是实现高效率薄片再生放大器的关键之一。
激光器 薄片激光器 再生放大器 皮秒激光 脉冲动力学 光学学报
2021, 41(14): 1414003
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室, 北京 100190
高重频全固态掺镱飞秒激光放大器在工业超快非热微加工、极紫外光学频率梳、高通量高次谐波产生、角分辨电子动量谱等领域有着重要的作用。首先总结了高重复频率飞秒激光放大面临的增益介质热管理和增益窄化效应等关键技术瓶颈,并对近年来不同掺镱晶体全固态再生放大和行波放大技术的参数特点、适用范围及研究进展进行了梳理。最后展望了基于新型掺镱激光介质的全固态高功率飞秒激光放大器。
激光光学 高重复频率 再生放大器 行波放大器 掺镱激光介质