国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
半导体泵浦碱金属激光器近年来发展迅速，其高能高效、轻量紧凑和单口径输出的优势日渐凸显。本文综述了碱金属激光器的技术特点，回顾其发展历程，重点对功率放大的关切因素进行了梳理和评估，同时对新兴的类碱金属激光器的发展进行了介绍。
激光器 高能激光 半导体泵浦 气体激光 碱金属激光 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114002
国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
在重新梳理高能激光底层物理问题的基础上,指出半导体泵浦气体激光器将是未来高能激光器的重要发展方向,讨论了半导体泵浦气体激光器的基本原理和核心要求,并以半导体泵浦碱金属蒸气激光器为例进行了详细剖析,对半导体泵浦气体激光器的前景进行了展望。
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；中国科学院大学，北京 100049
2 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
半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）兼具半导体激光器和气体激光器的技术特点，具有量子效率高、受激发射截面大、折射率扰动较小和热管理便捷等优势，可实现高效率、高功率和高光束质量近红外激光输出，在工业制造、**、医疗和科研等领域具有重要的应用价值。对于封闭静止型DPAL，在高功率泵浦情况下，蒸汽池内工作气体温度升高，热效应严重，造成DPAL性能下降。而循环流动型DPAL利用气体流动带走废热，可显著缓解工作气体的热效应，从而实现高功率激光输出。目前，循环流动型DPAL已成为实现高功率激光输出的主要技术路线，引发了越来越多的关注和研究。文中将介绍循环流动型DPAL的基本原理，概述其国内外发展现状，分析其高功率运转情况下的主要问题和解决途径，并对循环流动型DPAL的发展趋势进行展望。
半导体泵浦碱金属蒸汽激光器 气体循环流动 高功率激光器 DPAL flowing-gas circulation high power laser 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201080
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
为提高激光上下能级的粒子反转速度,采用具有高声子能量的YAG晶体作为掺杂基质,通过多声子弛豫的方式加速 6H13/2能级的粒子数消耗;同时引入与激光下能级能量相近的Tb 3+离子,实现Dy 3+∶ 6H13/2与Tb 3+∶ 7F4之间的共振能量转移,成功地减小了 6H13/2的能级寿命,首次获得了582.1 nm的黄光激光输出。通过对比Dy∶YAG与Dy-Tb∶YAG的荧光光谱,分析了Tb 3+离子掺入对激光上能级寿命的影响。
激光光学 黄光激光 半导体泵浦 Dy-Tb∶YAG; 共振能量转移 交叉弛豫 中国激光
2019, 46(11): 1101008
1 顺德职业技术学院 电子与信息工程学院, 广东 佛山 528300
2 暨南大学 光电工程研究所, 广东 广州 510632
采用Yb:YAG/Cr4+:YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器, 获得了高峰值功率的1 029 nm短脉冲激光。研究了泵浦功率和初始透过率对脉冲性能的影响及作用机制, 对比发现初始透过率为85%的键合晶体, 脉冲性能最好, 在7.2 W泵浦功率下, 脉宽短至3.14 ns, 峰值功率高达87 kW。另外还研究了输出光谱随功率的变化规律, 发现晶体具有较好的热学性能。这表明, 与无掺杂的同基质晶体键合或者降低可饱和吸收体的初始透过率, 都有助于获取高峰值功率的短脉冲激光输出。
固体激光器 键合晶体 半导体泵浦 调Q 脉冲 solid-state lasers composite crystal diode-pumped Q-switched pulsed 红外与激光工程
2018, 47(6): 0606007
1 中航工业洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471009
2 西安重装渭南光电科技预先公司, 陕西 渭南 714000
就水下探测设备要求激光器输出频率高、体积小、波段宽, 提出通过侧面泵浦激光技术和电光调Q技术获得高重频1 064 nm波段激光。利用腔外波长变换技术, 实现532 nm激光输出。在电源输入电流100 A, 调Q驱动频率1 kHz的条件下,获得36 mJ的1 064 nm激光输出和20 mJ的532 nm激光输出。试验结果表明: 通过半导体泵浦技术和频率变换技术, 可实现高重频窄脉宽双波段激光输出。
半导体泵浦 双波长 激光器 diode-pumped dual wavelength laser
为了验证复合晶体使用到半导体泵浦的固体激光器中与非复合晶体的区别, 提高半导体泵浦的固体激光器的工作效率, 开展了半导体激光泵浦YAP/Tm∶YAP复合晶体固体激光器的热效应的验证实验。采用有限元分析法, 模拟了晶体温度及热应力的分布, 并分析了热透镜长度的变化情况。结果发现, 与非复合晶体相比, 复合晶体的温度和热应力均有不同程度的下降, 复合晶体工作时的最高温度降至其80%, 热应力降至其70%。同时也验证了热透镜焦距不随非掺杂晶体长度的增大而改变, 这也意味着复合晶体不能有效提高复合激光的光束质量, 但是可以确保输出激光光束质量的稳定性。因此可以证实, 使用复合晶体能够有效改善激光器的温度和力学特性, 但不能优化固体激光器的光束质量。
复合晶体 热效应 半导体泵浦固体激光器 有限元分析 composite crystal thermal effect diode pumped solid state lasers finite element method
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
以光纤耦合半导体激光器作为泵浦源，5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质,开展了端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配实验研究。分析了泵浦光聚焦光斑半径和聚焦位置对铯激光输出性能的影响。以激光器的工作斜效率和光光效率为指标对各模式匹配参数进行了优化，同时对激光器的阈值泵浦功率进行了研究。结果表明: 在一定的激光振荡模束腰下，存在最佳的泵浦光聚焦光斑半径使斜效率最大。此外，聚焦位置在蒸气池中央时有利于提高斜效率和光光效率。对阈值泵浦功率的研究显示，阈值泵浦功率随泵浦光聚焦光斑半径的减小而减小，而且当泵浦光聚焦于蒸气池前端时有利于降低阈值泵浦功率。基于以上研究，获得了一组最佳模式匹配参数，即泵浦光聚焦光斑半径为333 μm, 激光振荡模束腰为167 μm，泵浦光聚焦位置位于蒸气池中央。
半导体泵浦碱金属蒸气激光器 铯蒸气 端面泵浦 模式匹配 Diode-pumped Alkali Vapor Laser(DPAL) cesium vapor end-pumped mode-matching 光学 精密工程
2015, 23(10): 2755
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
采用折叠棱镜腔电光调Q半导体泵浦板条Nd∶YAG激光器作为泵浦源,内腔泵浦Ⅱ类非临界相位匹配KTP光参量振荡器实现1.57 μm人眼安全激光输出,经测试,在-30~55 ℃宽工作温度条件下,激光器工作频率20 Hz时,单脉冲能量58.2 mJ,脉冲宽度7.56 ns,光束发散角约为2 mrad,连续工作1 min,能量稳定性(PTP)优于6.438%,光轴指向稳定性优于0.1 mrad,具备较强环境适应性,目前已实现工程化运用.
宽工作温度 人眼安全光参量振荡器 半导体泵浦 折叠棱镜腔 非临界相位匹配 wide operating temperature eye-safe optical parametric oscillators diode-pumped folding prism resonator non-critical phase match
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
为适应工程小型化平台需要,研制了一种半导体泵浦全固态激光测距仪。采取半导体泵浦方式,激光谐振腔设计为平平腔,采用金属热沉冷却与半导体制冷相结合,研制出的激光测距仪工作频率可达20 Hz,测程大于20 km,测距精度可达±1.5 m。经过试验验证,性能稳定,指标可靠。
半导体泵浦 激光测距 全固态 DC-DC变换 diode laser pumping laser range finder all-solid-state laser DC-DC transformation
