华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430223
波罗棱镜谐振腔激光器具有机械稳定度高、光束质量好的特点。波罗棱镜会使入射光退偏, 调 Q时 1/4λ波片无法有效工作, 需要使用适当的波片补偿。利用琼斯矩阵建立波罗棱镜谐振腔调 Q的数学模型并进行求解计算。分析了不同波罗棱镜方位角下的最优补偿波片并计算了波片公差、波罗棱镜折射率公差、方位角安装公差等对消光比的影响。当波罗棱镜水平放置, 波片相位公差±0.02λ, 关门消光比大于 20dB; 波罗棱镜 45°/135°放置时, 存在四种对应的最优关门波片, 波罗棱镜方位角 0±4.66°的范围内, 关门消光比可大于 30dB。以上结果为波罗棱镜谐振腔调 Q激光器的设计提供更优及更具工程化意义的依据。
波罗棱镜 波片 调 Q激光器 偏振 琼斯矩阵 Porroprism waveplate Q-switchedlaser polarization Jonesmatrix
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响，提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性，以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析，系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明：键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用，还起到了热沉的效果，可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm，采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度，但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加，热效应也会加剧，泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K，热应力增加1.5 MPa，热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加，但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。
LD端面泵浦 Er:Yb:glass/Co:MALO 调Q激光器 热效应 热应力 LD end-pumped Er:Yb:glass/Co:MALO Q-switched laser thermal effect thermal stress 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230349
1 郑州大学物理学院，河南 郑州 450001
2 河南仕佳光子科技股份有限公司，河南 鹤壁 458030
面向多路射频模拟信号的高线性传输需求，基于强度调制-直接探测的原理，提出了基于波分复用技术的模拟射频光传输方案；利用高线性度模拟直调半导体激光器、波分复用器、模拟光电探测器，设计了基于微波光子技术的波分复用射频光传输链路，该链路具有低串扰、低失真、链路增益可调等性能。利用该链路进行了直调激光器、驱动控制电路、射频光发射模块和光接收模块的样机研制。对所研制出的样机进行了实验测试。测试结果表明：通道增益可在-30~10 dB调谐，通道内基波与二次谐波抑制比高于50 dB，相邻及非相邻通道间射频串扰均低于60 dB，相位一致性在±5°以内。针对不同的信号输入功率，在线调整链路增益，改善链路的信噪比或非线性失真效应。设计和研制的样机可用于低频段射频信号的光纤传输。
光纤通信 射频光传输 直调半导体激光器 模拟光链路 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0506005
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
对100 kHz运转的腔倒空薄片激光器的输出特性进行了理论和实验研究。首先建立起腔倒空薄片激光器的速率方程理论模型,模型中考虑了单位时间谐振腔中新增的自发辐射光子数,对其占总自发辐射光子数的比例进行了分析,并结合一些参数进行了仿真。进一步搭建了重复频率为100 kHz的腔倒空薄片激光器实验装置,获得了平均功率为253 W的纳秒激光脉冲输出,光光效率约为35.2%,脉冲宽度为10.4 ns,单脉冲能量为2.53 mJ,脉冲的峰值功率超过了200 kW, x和y方向的光束质量M2分别为9.77和9.27。针对腔倒空调Q的动力学稳定性问题,研究了普克尔盒开关时间对输出平均功率和输出脉冲稳定性的影响,实验中观察到了倍周期分岔和确定性混沌现象,从理论上对这个现象进行了仿真分析,仿真结果可与实验结果相符。
激光器 调Q激光器 半导体抽运激光器 薄片激光器 高重复频率 脉冲动力学
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
提出了一种实现全光纤中红外激光器脉冲运转的方法。利用氟化物玻璃中镝离子(Dy 3+)的2.8 μm波段的吸收截面与铒离子(Er 3+)发射截面重合的特性,将掺镝氟化物光纤作为中红外波段的可饱和吸收体,实现2.8 μm掺铒氟化物光纤激光器全光纤结构的被动调Q脉冲运转;通过在可饱和吸收体两端引入中心波长为3.1 μm的光纤光栅,解决Dy 3+上能级寿命较长所导致的高泵浦功率下Dy 3+吸收饱和、进而导致被动调Q失效的问题。基于该结构建立了2.8 μm被动调Q掺铒光纤激光器的速率方程模型,计算了可饱和吸收体的参数及其两端的谐振腔反馈条件对2.8 μm激光器的脉冲运转功率和时间特性的影响。计算结果表明,通过在可饱和吸收体两端引入光纤光栅可以加快可饱和吸收体的恢复过程,使激光器能够在高泵浦功率下保持调Q脉冲运转。
激光器 中红外激光器 被动调Q激光器 光纤可饱和吸收体 掺铒光纤激光器 光学学报
2022, 42(10): 1014002
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 天津 300072
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 国科世纪激光技术(天津)有限公司, 天津 300072
通过实验验证了利用中心波长为940 nm的半导体激光器泵浦Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体可获得高效率的被动调Q激光输出。研究了耦合输出镜透过率、泵浦光斑大小对基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG和Yb∶YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的被动调Q激光器的输出参数的影响。当泵浦功率为17 W时,基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的被动调Q激光器的最大平均输出功率为7.41 W、斜率效率为57.0%、光-光效率为43.6%、脉冲宽度为4.6 ns、脉冲重复频率为25.5 kHz、脉冲能量为290.6 μJ、峰值功率为63.2 kW,与基于Yb∶YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的情况相比,最大平均输出功率、脉冲能量和脉冲峰值功率分别提高了5.6%、14.7%和22.2%。同时,对比了在相同输出功率下基于两种晶体的输出激光的M2,发现在相同输出功率下,与基于Yb∶YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的情况相比,基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的输出激光具有更低的M2。最终,通过实验结果对比得出,基于Yb∶YAG/YAG/Cr∶YAG/YAG复合晶体的被动调Q激光器具有更优的输出参数。
激光器 掺镱激光器 二极管泵浦 被动调Q激光器 固态激光器 中国激光
2021, 48(21): 2101005
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院，西安 710071
2 清华大学 材料科学与工程学院，北京 100084
3 国家纳米科学中心 中国科学院纳米标准与检测重点实验室，北京 100190
4 中国科学院大学，北京 100049
5 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室，西安 100190
利用层状半导体β相硒化铟作为可饱和吸收体，在掺镱光纤激光器中实现稳定的调Q及锁模运转。经测量该可饱和吸收体在1 μm波段调制深度及非饱和损耗分别为47%及20%。将可饱和吸收体插入掺镱光纤激光器中，可获得53.42 kHz到217 kHz重频可调的调Q脉冲。其最窄脉冲宽度为630 ns，最大单脉冲能量为47.9 nJ。优化激光谐振腔后可进一步实现稳定的锁模输出，其重频为10.82 MHz，最大输出功率为51.2 mW，最大单脉冲能量为4.7 nJ。实验证明了β相硒化铟作为可饱和吸收体在近红外超快非线性光学方面的潜力。
可饱和吸收体 调Q激光 光纤激光器 锁模激光 硒化铟 Saturable absorbers Q-switched lasers Fiber lasers Mode-locked lasers Indium selenides 光子学报
2021, 50(10): 1014003
光子学报
2021, 50(10): 1014004
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司, 北京 100024
2 建材行业特种光电材料重点实验室, 北京 100024
采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比, 垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点, 更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时, 产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出, 光光转换效率达到22.5%, 激光脉宽为8 ns, 发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度, 通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益, 从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡, 为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。
垂直腔面发射激光 端面泵浦 调Q激光 自激振荡 Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL) end pump Q-switched laser self-excited oscillation
山东大学物理学院,晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
光波导是集成光学中的基本元件之一,构建于光波导结构上的波导激光器是一种微型激光源,近年来受到较多研究人员的关注,并有望在未来光子学系统中发挥重要的作用。激光晶体是固态激光器的主要增益介质之一。本文综述了基于激光晶体的固态波导激光器的最新研究进展,包括连续波波导激光器和脉冲波导激光器(调Q或锁模),其工作波长涵盖了从可见光到中红外的各个波段;还对波导激光研究的未来发展方向进行了展望。
激光器 光波导 波导激光 激光晶体 连续波激光 调Q激光 锁模激光
