1 南通大学 机械工程学院, 南通 226019
2 清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
为了研究基于激光回馈的偏振跳变效应与相位延迟间的内在联系, 采用微片Nd∶YAG激光器（中心波长1064 nm）为光源, 回馈腔内置两个相对旋转的λ/4波片改变相位延迟, 在调谐回馈腔长的过程中研究了激光器的光强输出和偏振态变化。结果表明, 随着回馈腔内相位延迟增大, 偏振跳变点的凹陷逐渐加深, 两个偏振态的光强调制波形宽度趋于相同; 当回馈腔中相位延迟为90°时, 两正交偏振态在一个强度调制周期内持续时间相同, 每一次偏振跳变对应回馈腔长改变λ/4。此不同相位延迟下偏振跳变点的变化规律, 为1064 nm波长下的波片相位延迟测量提供了潜在方法, 同时相位延迟对激光器输出光强曲线的整形、为激光回馈条纹（自混合干涉条纹）的光学细分提供了依据。
激光光学 偏振跳变 微片激光器 外腔双折射回馈 laser optical polarization flipping microchip laser external-cavity birefringence feedback
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 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
4 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心，北京 100124
目前1.5 μm LD泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出能量和重频的增加，玻璃面临突出的热效应问题，晶体的热导率是玻璃的10倍以上，有望能够实现比玻璃基质更大脉冲能量和更高重频的激光输出。文中报道了一种采用LD脉冲端面泵浦、铒镱共掺焦硅酸镥晶体为增益介质的1 537 nm被动调Q微型激光器。通过优化泵浦光斑大小、输出镜透过率与调Q晶体初始透过率相匹配，实现激光输出重频与泵浦重频一致。最终实现了输出重频为1 kHz、单脉冲能量35 μJ、脉冲宽度7 ns、峰值功率为5 kW、光束质量因子M2=1.33的激光输出。以及输出重频为10 kHz、单脉冲能量10 μJ、脉冲宽度10 ns、峰值功率为1 kW、光束质量因子M2=1.51的激光输出。结果表明，Er3+/Yb3+:Lu2Si2O7 晶体是实现高重频1.5 μm激光输出的优良介质。文中研究结果对LD脉冲端面泵浦的kHz铒镱共掺晶体被动调Q人眼安全微片激光器具有重要的参考意义。
微片激光器 被动调Q 高重频 Er3+/Yb3+:Lu2Si2O7晶体 脉冲泵浦 microchip laser passively Q-switched high repetition rate Er3+/Yb3+:Lu2Si2O7 crystal pulse pumped 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220811
山东大学新一代半导体材料研究院, 山东大学晶体材料国家重点实验室, 济南
脉冲半导体激光(LD)泵浦被动调Q微片激光器是产生小型化、大能量(mJ量级)、亚纳秒激光脉冲的主要技术途径。基于速率方程理论推导了脉冲LD泵浦被动调Q微片激光器首脉冲建立时间及多脉冲间隔时间方程, 数值求解并分析了泵浦功率、泵浦脉宽等参数对亚纳秒激光输出脉冲数目的影响规律, 在此基础上搭建了脉冲LD端面泵浦YAG/Nd:YAG/Cr4+:YAG微片激光器, 实现了单脉冲能量1.2 mJ、脉冲宽度574 ps、峰值功率2.1 MW, 光束质量因子M2=1.21的1 064 nm近衍射极限亚纳秒脉冲激光输出。
微片激光器 YAG/Nd:YAG/Cr4+:YAG晶体 被动调Q 速率方程 microchip laser YAG/Nd:YAG/Cr4+:YAG crystal passive Q-switching rate equation
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
为了探究涡旋空心光束在端面抽运Nd∶YVO4微片激光器中的生成条件及其变化因素, 构建了一种基于轴棱锥-透镜组生成环形抽运光的新方法。采用ZEMAX对抽运光进行了仿真分析, 并基于热效应分析进行了模式匹配计算, 通过实验成功得到了环形抽运光和环形空心激光输出, 并通过实验验证了输出光为1阶涡旋光。结果表明, 该方法能够生成光束大小可控的808nm抽运光, 其光斑半径可随轴棱锥锥顶与透镜焦平面的相对位置快速变化; 并且该抽运光能够使谐振腔长度为300μm的微片激光器输出稳定的1064nm 1阶拉盖尔-高斯涡旋空心光束。此研究结果对于微片激光器输出涡旋空心光束的实际方法的建立具有重要的指导意义。
激光器 涡旋空心光束 微片激光器 轴棱锥-透镜组 环形抽运光 lasers vortex hollow beam microchip laser axicon-lens group ring pump light
1 福州大学化学学院, 福建 福州 351100
2 中国科学院福建物质结构研究所, 福建 福州 351100
3 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200000
4 福建师范大学化学与材料学院, 福建 福州 351100
报道了基于a切Er,Yb∶YAl3(BO3)4晶体的被动调Q微片激光器的性能。使用波长为976 nm的光纤耦合半导体二极管作为端面抽运光源,使用初始透过率为96%的Co 2+∶MgAl2O4晶体作为可饱和吸收体,耦合输出镜在1500~1600 nm波段范围的透过率为2.5 %,整个微片激光器的腔长为2.7 mm。在注入功率为7.2 W 时,激光器成功得到了发射波长为1530 nm、重复频率为127 kHz的稳定线性偏振的脉冲输出,对应的脉冲能量和脉冲宽度分别为1.8 μJ和12 ns。
大气光学 a切Er Yb∶YAl3(BO3)4晶体; Co
2+∶ MgAl2O4晶体; 被动调Q 微片激光器 线性偏振 中国激光
2021, 48(13): 1301004
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心, 天津 300401
2 河北工业大学 电子信息工程学院 天津市电子材料与器件重点实验室, 天津 300401
为了提高LD抽运脉冲微片激光器的输出性能和系统的集成度, 采用龙格-库塔法对包含自发辐射与抽运速率的被动调Q速率方程进行了数值求解, 结合被动调Q激光器输出参量的表达式对LD端面抽运的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG微片激光器输出参量进行了数值仿真。结果表明, 利用长度1mm/1.5mm的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG晶体作为增益介质, 当Cr4+∶YAG的初始透过率为75%、输出镜的透过率为30%、抽运光和腔内基模光半径均为100μm时, 能够在抽运功率为4.5W的条件下实现平均功率0.7W、脉冲宽度174ps、重复频率16.1kHz的理论激光输出。该研究对被动调Q微片激光器的参量优化和应用具有理论指导意义。
激光技术 微片激光器 被动调Q 速率方程 laser technique microchip laser passively Q-switched Nd∶YAG/Cr4+∶YAG Nd∶YAGYAG rate equation
双偏振激光谐振腔能够产生两个垂直偏振的横模模式, 分别为基横模（TEM00）和具有轨道角动量的涡旋光束（LG01）, 二者在光频率上具有频差。为了研究两个横模的频率差调谐特性, 采用温度与电压相结合的调谐技术方法, 实现拍频信号在不同频率范围的连续调谐。理论计算分析了两模式频差分别与温度和电压的对应关系, 实验实现了频差的大范围可调谐性, 并对频差的调谐精度进行了测量分析。结果表明, 频差与温度和电压之间都呈现出良好的线性关系, 并得到对温度和电压的调谐斜率分别为3.14GHz/K和1.76MHz/V。该研究能够更好地分析双偏振谐振腔直接产生涡旋光束现象, 并在激光通信和激光雷达探测等技术领域具有应用价值。
激光器 固体微片激光器 双频激光器 频差可调谐 涡旋光束直接产生 lasers solid microchip laser dual-frequency laser tunable frequency difference vortex beam generated directly
研制出一种1061 nm和1064 nm双波长连续输出的Nd∶YAG微片激光器。通过对激光器输出端所镀膜系的透过率进行设计,平衡了1061 nm和1064 nm激光的阈值泵浦功率;以激光二极管(LD)作为泵浦源,在室温下对3组不同厚度的工作物质分别进行了实验,均得到了1061 nm/1064 nm双波长激光输出。采用在微片状晶体两端直接镀膜形成谐振腔的方式,压缩了谐振腔的光学长度,在双波长输出的同时实现了1064 nm波长下的多纵模输出。
激光器 固体激光器 1061 nm/1064 nm输出 微片激光器
研究了一种基于Nd∶YAG/Cr∶YAG复合晶体结构的被动调Q固体微片激光器。以Cr∶YAG可饱和吸收体为被动调Q器件,采用元件一体化设计,输出单脉冲能量为3.5 mJ,脉宽为2.1 ns,峰值功率为1.67 MW,性能指标达到国际同类水平。利用被动调Q激光速率方程,计算了微片激光器的关键参数,脉冲能量的理论值与实验值基本一致。对复合微片激光器元件进行了集成和组装,得到了Nd∶YAG/Cr∶YAG微片激光器原理样机。样机能够成功击穿目标靶附近的空气并产生等离子体,初步满足了作为激光火花塞的技术要求。
激光技术 被动调Q固体激光器 复合微片激光器 激光诱导等离子体点火 被动调Q速率方程 激光与光电子学进展
2019, 56(6): 061401
1 南京理工大学 化工学院, 南京 210094
2 上海航天动力技术研究所, 上海 201109
稀薄燃烧能够提高内燃机的热效率并降低污染物的排放,但稀薄燃烧的火焰传播速度慢且在高压下易出现局部淬火现象。激光诱导火花点火能够有效解决燃料在低当量比和高压下燃烧遇到的问题, 此外激光点火能够实现多点点火从而缩短燃烧时间并增大燃烧室压力,相较于传统的电火花塞点火技术具有很大优势。锥形腔、衍射透镜、空间光调制器和达曼光栅均已被用于实现多点激光诱导火花点火。归纳了多点激光诱导火花点火的几种技术途径, 讨论了内燃机多点激光诱导火花点火的研究状况和最新成果。对实现多点激光诱导火花点火的几种方法进行了评价, 并指出了每种方法在多点激光诱导火花点火中的优势和需要解决的问题。在此基础上, 对内燃机激光多点点火技术的研究前景进行了展望。
激光技术 多点激光点火 被动调Q微片激光器 激光诱导火花点火 laser technique multi-point laser ignition passively Q-switched microchip laser laser induced spark ignition
