研制的双波长短脉冲激光器采用“大模体积腔+渐变反射率输出镜”技术, 对二极管泵浦棒状激光介质产生的热透镜及热退偏进行补偿, 在500 Hz下实现了谐振腔短脉冲能量140 mJ, 脉宽约17.76 ns的1 064 nm激光输出, 20 min能量不稳定性RMS值小于0.3%, 激光光束质量M2≈1.6。该实验结果与采用MOPA技术路线——谐振腔+预放的方式技术指标相当, 但采用谐振腔的技术路线结构简单紧凑。采用水热法生长抗灰迹效应的GTR-KTP晶体作为倍频晶体, 相位匹配方式选择II类相位匹配, 倍频后532 nm激光单脉冲最高能量96 mJ, 最高倍频效率68.6%, 激光光束质量M2≈2.1。通过能量调节设计, 实现了线偏振态1 064 nm和532 nm激光功率连续可调共光轴输出。

非稳腔在大菲涅耳数条件下可实现光的高效提取效率, 也可保持高光束质量。设计了一款用于Nd∶YAG板条增益介质的传导冷却端面抽运结构的望远镜型离轴介稳-非稳混合谐振腔, 输出耦合镜为变反镜。该混合腔的宽度方向(板条增益介质的x方向)为非稳腔, 厚度方向(板条增益介质的y方向)为介稳腔。通过理论分析得出, 当抽运功率为10 kW时, 该介稳-非稳混合腔结构的输出功率为4428.7 W, 光-光转换效率为0.4429。

为了达到野外使用要求,采用变反射率镜(VRM)非稳腔和折叠腔方式,研制了高光束质量的小型脉冲激光器。分析了VRM腔参数对输出激光束特性的影响,针对高光束质量输出要求,通过计算,选择出适合的谐振腔参数。为了实现小型化和免调整特性,采用角锥棱镜作为折叠棱镜,设计了腔内线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔。根据理论分析结果,进行了实验研究。结果显示,在氙灯抽运下注入电能32.4 J,实现重复频率(1-10 Hz)单脉冲能量输出,获得了高光束质量、高动静比的基模光斑。在3 Hz重复频率下,脉冲能量为320.2 mJ,脉宽8.3 ns,光束质量为1.27,Q开关效率为95.5%,电光转换效率为0.99%。

在固体板条介质激光器的研究中, 为了同时获得高平均输出功率和高光束质量, 开展了两类光学谐振腔在板条介质激光器上的对比研究, 分别进行了稳定腔与非稳腔的模拟分析和实验研究, 其中非稳腔采用一维渐变反射率输出耦合镜。稳定腔运转时, 激光二极管(LD)抽运功率428 W条件下, 获得了107 W的1064 nm激光功率输出, 得到光束质量M2x=8.35(厚度方向), M2y=32.29(宽度方向), 板条晶体在宽度方向上的光束质量较差。为了进一步提高光束质量, 使用了一维渐变反射率输出耦合镜构成的非稳腔, 宽度光束质量有明显改善。

利用光线追迹法以及分步傅里叶-贝塞耳变换法,考虑了光阑对光束的拦截和通光作用以及激光放大过程中的增益饱和效应,对环形腔调Q钕玻璃激光系统振荡器输出的光束经卡塞格林式放大器多程放大后的光场演化过程进行了数值模拟,并进行了实验验证。分析得出现有系统中输入输出镜的阶跃反射率分布是导致输出环形光束质量不好的主要原因,并重点对放大器的腔镜部分进行了优化设计,提出了反超高斯反射率分布的输入镜与超高斯反射率分布的输出镜相组合的腔镜对结构。数值模拟结果表明,该腔镜对的使用可大大改善输出环形光束的质量。

报道了以Nd∶LiYF(Nd∶LYF)为增益介质、用硅酸镓镧(La3Ga5SiO14,LGS)晶体进行电光调Q的非稳腔调Q激光器的脉冲特性。Nd∶LiYF的两端按σ偏振1.053 μm光的布儒斯特角切割,不需另加起偏镜,实现了单一偏振光振荡。LGS晶体电光Q开关插入损耗小(2%),抗光伤阈值高(950 MW/cm2),与DKDP相比,具有不潮解等优点。当抽运能量为120 J、重复率3 Hz时,单脉冲输出能量为275 mJ,脉冲宽度为8 ns,动静比为76%,输出能量不稳定度小于3%,偏振度大于99%,光束发散角为0.7 mrad。文中还对本激光器偏振特性、非稳腔设计、LiYF导热性能和热透镜效应补偿进行了分析,对LGS电光调Q开关工作性能、工作方式以及存在的问题也进行了分析。

报道了适用于板条激光器高平均功率运转的晶体结构设计,抽运腔设计,谐振腔设计;给出了实验结果: 用单根板条(6 mm×30 mmX203 mm)达到了输出功率P=1028 W, 重复频率f=100 Hz,连续工作时间t=0.5 h,光束质量M2x=2.386,Μ2y=2.528,输出不稳定度:2.1%,激光脉冲宽度τ=0.238 ms。

推导了变反射率镜激光谐振腔输出光束的传输特性，求得了其光斑大小W(z)，并对结果进行了分析。