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
北京空间机电研究所 中国空间技术研究院空间激光信息感知技术核心专业实验室,北京100094
通过建立包含体布拉格光栅波长特性的速率方程模型,模拟了不同泵浦功率、体布拉格光栅中心衍射效率和带宽情况下,激光器的波长调谐特性,包括波长调谐范围、激光光谱、能量和脉冲宽度。实验搭建了以体布拉格光栅作为输出镜的激光二极管泵浦Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器,测试了不同体布拉格光栅温度和泵浦功率时的激光波长、线宽、能量和脉冲宽度,实验结果和理论分析结果基本相符。在重复频率为10 kHz,脉冲宽度为40 μs,峰值功率为10.7 W的矩形脉冲泵浦下,通过调整中心衍射效率为70%,带宽为60 pm的体布拉格光栅温度,获得了1 063.77~1 064.48 nm的波长调谐。当体布拉格光栅为50℃时,获得了单脉冲能量为109.5 μJ,脉冲宽度为1.71 ns,中心波长为1 064.432 nm,线宽为38.3 pm,光束质量M2因子小于1.2的激光输出。研究结果可为体布拉格光栅的应用、激光器的光谱分析及设计提供参考。
固体激光器 二极管泵浦 可调谐 Nd:YAG Cr4+:YAG 体布拉格光栅 Solid-state Diode pumped Tunable Nd:YAG Cr4+:YAG Volume Bragg grating
宽带可调频激光器除了可用于基础的光谱学研究外,也可应用于各式光通信乃至生物医学成像.过渡金属离子掺杂的固体激光器特别适用于宽频光源的产生,掺钛蓝宝石及掺铬石榴石晶体是目前广为应用的两个例子,将其生长成晶体光纤并以玻璃批覆的激光器在红外光波段展现了优异的特性.掺钛蓝宝石晶体光纤激光器具有高光转换效率、低阀值且调频范围可达180 nm;掺铬石榴石晶体光纤激光器的可调频范围亦达到了170 nm,被激发态吸收所限制.为了纪念激光器发明60周年,本文简要回顾了过渡金属离子掺杂的固体激光器的发展,并介绍了晶体光纤激光器最新的成果.分析了掺钛蓝宝石晶体光纤激光器的调频速率,并与掺铬石榴石晶体光纤的光学特性做了实验与数值模拟的比较.目前逐渐成熟的玻璃批覆晶体光纤激光器,预期在超宽频光通信及细胞级分辨率的光学相干断层扫描术方面有很大的应用潜力.
Crystal fiber Laser Ti3+:sapphire Cr4+:YAG Broadband optical communication Biomedical imaging 晶体光纤 激光器 掺钛蓝宝石 掺铬石榴石 宽带光通信 生医影像
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 上海交通大学 IFSA协同创新中心, 上海 200240
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
针对高重复频率运行下低温氦气冷却的间隔掺杂Yb:YAG叠片激光放大器中热效应的问题, 提出了一种多层Cr4+:YAG热管理技术, 并优化设计了放大器Cr4+:YAG间隔层和包边结构以减少热效应的影响。利用三维有限元和琼斯矩阵方法, 分析了不同Cr4+:YAG结构激光介质中温度和应力应变分布, 并模拟计算了热致双折射退偏损耗和波前畸变。数值结果表明, 通过设计两层和三层Cr4+:YAG结构, 降低与增益介质相邻Cr4+:YAG中的热沉积, 增益区内的横向温差可降低到1.5 K以内, 光束经过整个放大器后平均退偏损耗和波前畸变可分别减少到0.5%、0.8 ?姿; 进一步合理地设计Cr4+:YAG的层数和吸收系数能有效消除热效应对光束质量的影响。
激光二极管抽运固体激光器 热效应 Yb:YAG叠片放大器 diode-pumped solid-sate laser thermal effects Yb:YAG multislab amplifier Cr4+:YAG Cr4+:YAG 红外与激光工程
2016, 45(12): 1206004
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用中心波长为940 nm的激光二极管泵浦,实现了Yb:YAG薄片的Cr4+:YAG被动调Q 激光输出.Yb:YAG薄片掺杂Yb3+离子浓度为10%,厚度为500 μm.理论上计算了Yb:YAG薄片在直接水冷方式与不同厚度SiC冷却方式下的温度分布.实验中采用厚度800 μm的SiC冷却方式,获得了最高功率2.8 W的1 030 nm连续激光输出,输出功率相比直接水冷方式提高了40%.通过Degnan理论优化了被动调Q晶体Cr4+:YAG的初始透过率和输出耦合镜,采用初始透过率为93%的Cr4+:YAG晶体和透过率为10%的输出耦合镜,在800 μm SiC冷却方式下,获得了平均输出功率1.95 W、单脉冲能量1.2 mJ、脉冲宽度74 ns、重复频率1.6 kHz的稳定调Q脉冲输出,斜效率为18.1%.光束质量因子M2x=1.622,M2y=1.616.
激光器 固体激光器 薄片激光器 被动调Q SiC 冷却 Lasers Solid state laser Thin disk laser Passively Q-switched SiC cooling Cr4+:YAG Cr4+:YAG Yb:YAG Yb:YAG
烟台大学光电信息科学技术学院, 山东 烟台 264005
采用激光二极管(LD)抽运Cr4+:YAG被动调Q内腔式PbWO4锁模拉曼激光器获得了稳定的、调制深度为100%的调Q锁模拉曼脉冲。抽运功率为6.3 W时,获得的锁模拉曼激光输出功率为582 mW,抽运光到一阶斯托克斯光的转换效率为9.24%,斜效率为10.6%,调Q脉冲重复频率为41.3 kHz,脉宽为6 ns,锁模脉冲重复频率为1.1 GHz,锁模脉冲宽度小于207 ps。
激光器 内腔式锁模拉曼激光器 受激拉曼散射 钨酸铅(PbWO4)晶体 Cr4+:YAG被动调Q 中国激光
2014, 41(10): 1002007
热应力双折射产生的热退偏是限制Nd:YAG激光器线偏振输出功率的重要因素,相比于传统[111]切割方向Nd:YAG晶体,[100]切割方向Nd:YAG晶体的热退偏与振荡光偏振方向有关,通过寻找合适的偏振方向,能够显著提高[100]切割方向Nd:YAG激光器的线偏振输出功率。采用半导体端面抽运[111]和[100]切割方向的Nd:YAG晶体棒,使用Cr4+:YAG晶体作为被动调Q晶体,进行被动调Q对比实验研究。实验结果表明,相比于传统的[111]切割方向Nd:YAG晶体棒,采用半导体抽运[100]切割方向Nd:YAG晶体棒进行被动调Q,能够获得稳定、高消光比的线偏振光激光输出,输出激光消光比为5001,稳定度高于96.5%。
激光器 被动调Q 光学学报
2014, 34(s1): s114001
1 厦门大学信息科学与技术学院电子工程系, 福建 厦门 361005
2 厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室, 福建 厦门 361005
短脉冲宽度、高峰值功率的被动调Q固体激光器在医疗、光通信、激光点火和非线性光学转换等领域具有重大的应用价值。通过热键合技术和陶瓷烧结技术将激光增益介质与可饱和吸收体键合到一起形成的被动调Q复合激光材料,不仅能降低分离式激光增益介质和可饱和吸收体界面的散射和反射损耗,以降低激光腔内损耗,而且能消除二者之间的空气间隙,避免激光器在高峰值功率运行时产生的等离子体所造成的空气击穿导致激光晶体的损伤,保证激光器的稳定运行。针对基于复合材料的激光二极管抽运的小型化、集成化及高峰值功率的被动调Q固体激光器的研制和应用潜力,系统介绍了基于Nd:YAG-Cr4+:YAG、Yb:YAG-Cr4+:YAG复合材料的被动调Q固体激光器的研究进展及其发展趋势。
激光器 被动调Q 复合材料