红外与激光工程
2023, 52(1): 20220283
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 612900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 612900
3 中国工程物理研究院研究生院，北京 100088
设计了一种Nd∶YAG平面波导皮秒激光放大器。光纤激光器提供重复频率可调的皮秒种子源，Nd∶YAG平面波导激光放大器采用后端抽运方式，其抽运源工作模式为连续模式。当种子光的重复频率为24.46 MHz、脉宽为11.7 ps、注入功率为0.48 W时，输出功率为228 W，单脉冲能量为9.3 μJ，光-光转换效率达到20.2%，导波方向和非导波方向的光束质量（M2）分别为1.4和4.6。当种子光的重复频率降低至25 kHz时，输出平均功率为24.2 W，单脉冲能量提升至0.97 mJ，单脉冲能量放大倍率为4.9×104，表明放大系统具有较强的放大能力。根据理论计算，分析了进一步提高光-光转换效率和输出功率、抑制放大自发辐射（ASE）的方法。
激光器 皮秒激光 平面波导 高峰值功率
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220239
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
设计了一种高功率多通泵浦Yb∶YAG平面波导激光放大器。 所设计的放大器采用对称泵浦方案,泵浦源对称分置于平面波导两侧,泵浦光在平面波导中经反射多次通过芯层以实现多通泵浦。分析了泵浦吸收特性的影响因素,推导了平面波导几何参数间的约束关系,并对平面波导结构进行了优化。使用激光放大模型分析了所设计平面波导放大器的泵浦吸收特性、温度特性及放大输出特性。结果显示:所设计多通泵浦平面波导放大器具有高泵浦吸收率,以及高的光-光转换效率,当注入种子光功率为200 W,泵浦功率为10 kW时,对称多通泵浦平面波导的泵浦吸收率最大值为96.8%,对应的放大输出功率为7483 W,光-光转换效率为72.8%;同时,良好的吸收均匀性使其受热效应的影响更小,有利于获得高质量的光束。
激光光学 Yb∶YAG; 平面波导 激光放大 高功率 多通泵浦 光学学报
2021, 41(23): 2314001
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
设计了一种高效率、结构紧凑的高功率平面波导激光放大器。放大器使用新型平面波导结构,可以实现对芯层的多通泵浦,从而大幅度增加泵浦光的吸收长度,提高低掺杂Yb∶YAG芯层的泵浦吸收率。基于Yb 3+的激光动力学方程,结合光学追迹法与有限元方法构建了三维激光放大模型,并分别对双包层平面波导与新型平面波导的高功率激光放大器进行仿真。仿真结果表明,当泵浦总功率为10 kW和注入种子光的功率为200 W时,新型平面波导放大器具有更高的泵浦吸收率、更好的泵浦均匀性、更低的热损伤风险及更高的光-光转化效率。
激光器 低掺杂Yb∶YAG; 平面波导 激光放大器 高效率 多通泵浦 中国激光
2021, 48(16): 1601002
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 612900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
搭建了1030 nm波长的准连续长脉宽室温Yb∶YAG平面波导激光放大器,分析对比注入光强、抽运光强和抽运脉宽等因素对光-光转换效率的影响。采用主振荡功率放大结构,种子源为1030 nm连续保偏光纤激光器。放大器增益介质为一块Yb∶YAG平面波导,抽运源为两个准连续940 nm半导体激光阵列,抽运光经整形后分别从两个端面耦合进入平面波导。在双端抽运下,抽运重复频率为400 Hz和最大峰值功率为20.4 kW时获得了最大能量为4.65 J的激光放大输出,偏振度为97%,光-光转换效率为44.0%,与理论分析基本吻合。
激光器 激光放大器 1030 nm 平面波导 Yb∶YAG; 中国激光
2021, 48(16): 1601004
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
4 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
5 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
将非水基流延成型和真空烧结技术制备的YAG/Yb∶YAG/YAG平面波导陶瓷作为激光放大器的增益介质,研究其激光放大特性。种子源为1030 nm保偏光纤激光器,放大器的抽运源为940 nm半导体激光器阵列,抽运光经过耦合后从端面进入平面波导。对比了前端抽运和后端抽运的放大性能,测试了双端抽运的激光放大输出性能。在双端抽运下,当注入种子光的功率为136 W时,获得了功率为1.41 kW的激光输出,斜率效率达到41%。这是已报道的该类陶瓷平面波导达到的较高功率激光输出。
激光器 激光放大器 陶瓷平面波导 Yb∶YAG;
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
报道了一种波长为1319 nm的准连续Nd∶YAG平面波导激光放大器。种子源为基于侧面抽运棒状Nd∶YAG激光头的振荡器,放大器的激光增益介质为平面波导结构Nd∶YAG。YAG平面波导的尺寸大小为0.6 mm×10 mm×60 mm,中心区域0.1 mm×10 mm×50 mm为掺杂区,周围均为非掺杂YAG。放大器的抽运源为半导体激光器阵列,抽运光经过耦合后从后端面进入平面波导材料,种子光从前端进入单通放大输出。Nd∶YAG平面波导与两个微通道热沉焊接起来实现良好的散热,端面镀1319、1064和808 nm高透膜层。当抽运电流为110 A、重复频率为200 Hz时,获得了功率为36 mJ的1319 nm激光输出,放大光光效率为8.3%。
激光器 平面波导 Nd∶YAG; 1319 nm 激光与光电子学进展
2019, 56(1): 011404
1 湖州师范学院 理学院， 浙江 湖州 313000
2 上海大学 通信与信息工程学院， 上海 200072
对含石墨烯多层结构左手材料的介质特性及其构成的平面波导TM振荡模的传输特性进行了研究。该波导的芯层为含石墨烯的多层结构，覆盖层和衬底为不同的普通材料。计算结果表明：随着归一化波导厚度的增加，TM振荡模的有效折射率同时具有增加和减小，且两者最终达到平衡的双模简并特性。上述特性可以通过调节石墨烯外加电压的方法实现；进一步研究发现，波导中传输的归一化功率流具有正值、负值和零三种情况。电压或者频率的变化对正功率流的影响较小，对负功率流和零功率流的影响较大。
平面波导 各向异性左手材料 石墨烯 电压 slab waveguide anisotropic left-handed materials graphene voltage
1 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 合肥 230009
2 合肥工业大学 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室 光电技术研究院, 合肥 230009
3 芜湖长信科技股份有限公司, 安徽 芜湖 241009
4 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 合肥 230009
针对平面波导系统中光能利用率低、光栅制备成本高且工艺复杂的问题, 设计大周期、高衍射效率的光栅结构, 从而提高系统光效、节约成本。首先, 提出以梯形光栅作为最初面型进行标量理论计算, 以梯形的角度、占空比、高度为变量, 得出光栅面型为直角三角形时, -1级有较高衍射效率。随后分析了设计的直角三角光栅和两种常见的线性光栅的衍射效率, 并且讨论了深度加工误差、入射光发散角对三种面型光栅衍射效率的影响。仿真结果显示：周期为3 μm的直角三角光栅, 入射光垂直入射时-1级衍射效率达81%, 与小周期倾斜光栅的衍射效率相差较小, 但考虑到深度加工误差和入射光的发散角度对三种面型光栅衍射效率的影响时, 直角三角光栅则具有明显优势。设计的直角三角光栅在具有较大周期时, 仍可实现较高衍射效率。
平面波导 光栅 衍射效率 planar waveguide grating diffractive efficiency
