高功率高重复频率全固态激光器热透镜效应补偿与分析_马惠军 (1)
第17卷 第4期强激光与粒子束Vol.17,No.S0 2005年4月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSApr.,2005
文章编号: 100124322(2005)S020175205
高功率高重复频率全固态激光器
热透镜效应补偿与分析3
马惠军, 孟俊清, 李小莉, 朱小磊, 陆雨田
(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)
摘 要: 将kHz高功率固体激光器增益介质当作厚透镜处理,建立了热透镜效应分析的理论模型,使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析。对增益介质抽运均匀性进行了改善,通过分析模拟计算结果,设计了混合非稳腔结构,选择了最佳凸面镜曲率半径对热透镜效应进行补偿。试验结果表明,补偿效果明显,kHz高功率全固态激光器的光束发散角优于1.3mrad。 关键词: 高功率固体激光器; 厚透镜; 热透镜效应补偿 中图分类号: TN248.1 文献标识码: A
大功率高亮度的固体激光器是当前全固态激光器研究的前沿课题。无论从军事应用还是从工业应用来
看,不仅要求固体激光器具有大的激光输出功率,同时,还要求输出激光具有好的光束质量。在大功率高重复
率固体激光器运转时不可避免的会出现热透镜效应,热透镜效应已经成为国内外研究二极管抽运高功率固体
激光器的一个热点。对热透镜补偿的方法通常是系统中加入补偿透镜、进行动态补偿和对工作物质端面进行
处理进行补偿,这些方法在小功率、低重复率的、对工作环境要求不高的固体激光器上取得了明显的效果。本
文针对kHz高功率固体激光器热透镜效应进行建模分析,跟以往研究工作不同的是本研究工作在对增益介质
抽运均匀性进行改善的基础上,将热透镜当作厚透镜进行处理,设计了混合非稳腔结构,并在此腔型条件下对
热透镜效应进行模拟计算,选择了最佳曲率半径对热透镜效应进行补偿。试验结果表明,补偿结果明显,基本
达到了为实验设计提供理论依据的目的。
1 理论模型
固体激光器中激光棒的热透镜效应是十分复杂的,它不仅具有随机变化的热扰特征,而且还具有明显的热
畸变特征和热应力引起的双聚焦现象。
1.1 厚透镜等效
Fig.1 Schematicofthicklens图1 厚透镜示意图 以往分析激光棒的热透镜效应时,常将激光棒简化为薄透
镜。跟以往分析方法不同,我们将激光棒当作厚透镜进行处理。
图1为厚透镜的等效图。其中:n1为空气折射率;n2为工作物
质的折射率;R1,R2为厚透镜的曲率半径;l为厚透镜的等效长
度;h1,h2为等效厚透镜的主平面位置。
我们从几何光学中光线传播的程函(Eikonal)方程出发,使
用矩阵的方法,讨论在傍轴光线近似下光线的传播问题,得到透
镜变换矩阵以及主平面的位置和焦距大小[1]。
1.2 等效热透镜腔参数 对应的透镜腔可以得到腔内单程变换矩阵,光腔G参数、
输出镜M1处高斯光束光斑半径、镜M1,M2相邻的光腰大小
ω1,ω2和光腰位置L1,L2(以镜M1或M2为参考),以及当镜M1为输出耦合镜,激光远场发散角θ1。
激光材料一方面吸收了抽运辐射而发热,另一方面散热又要求对其表面进行冷却,这两者使激光材料内部
3收稿日期:2004211222; 修订日期:2005201220基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:马惠军(1975—),女,现为中国科学院上海光学精密机械研究所硕士研究生,主要从事高功率、高重复率全固态激光器的研究;上海8002211信箱;E2mail:zhoumashiqq@163.com。产生不均匀的温度分布。在激光棒中,主要的热畸变的扰动出现在端面附近,在温度和应力的作用下,棒折射
率发生变化,考虑端面效应的影响,热透镜焦距表达式为[2]
f=σAPa[12dndT+κCr,Φn30+κr0(n0-1)L]-1(1)
式中:A为棒的截面;L为棒的长度;Pa为耗散功率;Nd:YAG晶体的热膨胀系数κ=7.5×10-6/℃;折射率n0=1182;热导率σ=0.14W/(cm・℃-1);Cr,CΦ为Nd:YAG棒径向和切向光弹系数的函数,分别为
Cr=(17ν-7)p11+(31ν-17)p12+8(ν+1)p4448(ν-1)(2)
CΦ=(10ν-6)p11+2(11ν-5)p1232(ν-1)(3)
式中:光弹系数值p11,p12,p44分别为-0.029,0.0091,-0.0615;对于Nd:YAG晶体,泊松比ν=0125。
2 模拟计算与结论
2.1 单LDA抽运模拟计算 由大量的理论和实践表明:激光棒的热畸变主要是由光泵对激光棒照射的不均匀性及激光的吸收不均匀
性所引起的。当单个激光二极管抽运光线先后穿行石英、水和工作物质时都产生折射光线分布如图2所示,二
极管单方向侧面抽运条件下,工作物质内增益分布很不均匀,这将使激光在谐振过程中产生严重的畸变,导致
激光光束质量下降[3]。
2.2 热焦距与耗散功率变化关系模拟计算 由等效热透镜腔分析可以看出,由于光弹系数函数存在径向和切向分量,激光棒相当于双焦透镜,为简化
设计,将棒的径向热透镜焦距和切向热透镜焦距作综合取平均值当作等效热透镜焦距f。等效热透镜焦距f随耗散功率Pa变化的理论计算曲线如图3所示。
3热透镜效应补偿试验设计
3.1 抽运均匀性补偿设计
在kHZ高功率固体激光器中为了避免光泵浦源对激光棒照射不均匀性以及激光吸收不均匀性,我们设计
了9个LDA环绕在Nd:YAG棒(<3mm)周围的结构。
由于等间距环绕抽运用的激光二极管变多,在其他条件不变的情况下,工作物质中心处的增益变大,增益
分布沿工作物质径向变化的趋势就越明显。这种增益分布能够较好地与激光谐振腔低阶模甚至与基模匹配,从而提高激光的光束质量。
鉴于高功率激光二极管的发光特性,由于所使用的Nd:YAG的直径较小,棒快轴方向上较大的发散角对
抽运耦合效率影响较大,且二极管排列方向与工作物质的轴线相互平行,晶体轴向热分布可以看作是基本相同
的,因此在这里只考虑棒横截面上的抽运光分布状况。我们设定快轴发散角为40°,慢轴发散角为10°,运用光
线追迹法分析抽运光功率在工作物质横截面上的分布状况,其中每束光的发散方向都用Monte2Carlo方法确
定,当光束经过一段距离Δd后,工作物质吸收的抽运光功率为[4]
P=P0[1-exp(-αΔd)](4)671强激光与粒子束第17卷式中:α为工作物质吸收系数;P0为经过此区域前的抽运功率。图4为9个LDA抽运时,工作物质横截面上
光功率分布图,由图可以看出,9个LDA抽运光分布得到增强且更加均匀。
3.2 谐振腔结构补偿设计 考虑激光棒热聚焦作用,设计谐振腔为:平2凸非稳腔结构,如图5所示。其中,M1为输出平面镜,L为等
效热透镜,焦距为f,M2为后向凸面反射镜。则M1的曲率半径R1为∞。由实际经验可知,平2凸腔存在着大
范围的动力非稳区,为使激光器能在高功率、高重复率条件下长时间、稳定工作,就必须找到其动力稳区。此
外,还考虑当M2的曲率半径R2取多少以及L与M1,M2之间的距离为多少时,激光腔进入动力非稳区的f值可以进一步缩短,输入的光抽运功率与输出功率均可以进一步增大。对于本课题项目的特殊性,即机载特
性,这就要求激光谐振腔结构紧凑,M1,M2之间的距离不可过长,同时,由于M1,L,M2之间还需介入其它光
学元件,这就说明M1,L,M2之间距离不可能再有大的调整余地,因此,谐振腔的工作特性主要取决于M2镜的
曲率半径R2。
通过计算,当抽运电流在一定值作较小范围变化时,可得R2与光腔G参数G1,G2乘积的对应关系,计算
结果表明,当凸面镜曲率半径R2在-610～-170mm范围内取值时,谐振腔处于稳定态,输出基模光斑半径
0.82～2.46mm。当抽运电流为55A时,后腔镜曲率半径与基模光斑半径的关系如图6所示。 研究R2与远场发散角θ之间的关系得到如图7所示的结果。当激光器稳定工作时,要求基模光斑半径大
而远场发散角小以得到好的光束质量,综合考虑以上两者因素,经过分析实验结果,本文选择R2为-200mm,此时激光器工作状态应较佳。
4 试验结果与算法讨论
4.1 试验及结果 试验采用Nd:YAG棒为<3mm×65mm,9个LDA环绕抽运,冷却系统采用水冷;LD抽运最高功率360771增 刊马惠军等:高功率高重复频率全固态激光器热透镜效应补偿与分析W(标称值),抽运频率1kHz;激光器谐振腔长度230mm,试验使用的R2为-200mm。当抽运电流为60A时,远场发散角优于1.3mrad,脉冲宽度小于10ns。采用的腔型与平2平腔作比较,静态输出功率如图8所示。
由以上试验数据可以看出,当抽运电流较小时,热透镜效应不明显,所采用的腔型输出功率与平2平腔相比
没有优势,但当抽运电流变大时,热透镜效应变大,未经补偿的腔型输出功率低于所采用的腔型,可以看出,采
用R2为-200mm的平2凸腔对热透镜效应补偿作用明显。
4.2 算法讨论 将理论计算的热透镜焦距值与试验测得值相比较,结果如下图9所示。此外,当抽运电流为60A时,理论
计算远场发散角为0.92mrad,实测值略小于1.30mrad;理论计算基模光斑半径0.9mm,实测值0.8mm。
将以上数据分别进行对比分析,我们可以看出理论值与实测值存在一定的差距,分析可能产生这些差距的
原因为:理论计算使用的热焦距f为径向热焦距和切向热焦距的平均是否恰当,实际试验与理论计算考虑冷
却影响之间的差别,当抽运电流增大时,耗散功率与抽运功率是否还是按线性变化,实际测量误差。这说明所
采用的平2凸腔对热透镜效应补偿算法有待进一步研究。
5 结 论
本文针对kHz高功率固体激光器热透镜效应进行建模分析,对增益介质抽运均匀性进行改善,将热透镜
当作厚透镜进行处理,设计了平2凸腔,在此腔型条件下对热透镜效应进行模拟计算,选择了最佳曲率半径对热
透镜效应进行补偿。试验结果表明,热透镜效应补偿结果明显,并能有效地提高激光器的输出功率。
参考文献:[1] 卢亚雄,吕百达.矩阵光学[M].大连:大连理工大学出版社,1989.18—23.(LuYX,LüBD.Matrixoptics[M].Dalian:DalianUniver2sityofTechnologyPress,1989.18—23)[2] 克希耐尔W.固体激光工程[M].北京:科学出版社,2002.357—365.(KoechnerW.Solid2statelaserengineering[M].BeijingSciencePress,2002.357—365)[3] 赵鸿,姜东升,王建军,等.二极管侧面抽运条件下工作物质增益分布特性研究[J].光学学报,2003,23(1):57—62.(ZhaoH,JiangDS,WangJJ,etal.Gaindistributioncharacteristicsinworkingmediumside2pumpedbydiodebars.ActaOpticaSinica,2003,23(1):57—62)[4] MengJQ,ChenWB,HouX,etal.Comparisonofdifferentside2pumpingconfigurationsforhighpowerlaserdiodepumpedsolid2statelaser[J].ChinOptLett,2003,1(9):538—540.871强激光与粒子束第17卷
一种能补偿热效应的高功率端面泵浦Nd_YVO4激光谐振腔的设计
Tel:0298484268Email:davidkwan78@收稿日期:20030422一种能补偿热效应的高功率端面泵浦NdYVO4
激光谐振腔的设计
关俊陈国夫程光华刘畅侯洵
(中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学技术国家重点实验室,西安710068)
摘要针对激光二极管端面泵浦的NdYVO4全固态激光器,提出了一种利用双晶体,对
NdYVO4的热效应进行补偿的方案,同时该方案又能提高最大输出功率,避免由于插入附加光学元件所导致的损耗,满足调Q以及提高腔内倍频效率的要求
关键词谐振腔;热效应补偿;双晶体;端面泵浦;NdYVO4;DPSSL
中图分类号TN248.1文献标识码A
0引言
激光二极管抽运的全固态激光器(DPSSL)由于
其效率高、光束质量好、体积小、寿命长等优点,在测量、遥感、数据存储、医学等领域有着广泛的应用
而端面泵浦的DPSSL以其泵浦光利用光纤耦合时
能够实现泵浦源与激光器的有效分离,近年来成为人们研究的热点
在众多适合LD泵浦的激光介质中,NdYVO4晶体由于它的受激发射截面大、吸收系数高、吸收光
谱宽、偏振输出等优点而倍受青睐[1]然而
NdYVO4晶体的热导率很低,只有YAG的一半,激
光运行时所表现出的强烈的热效应,严重影响了激
光器的稳定性和输出光的光束质量,限制了其在较高功率激光器上的应用因此热效应的影响成了当
前亟待解决的问题[2]
关于解决热透镜的问题除了设计热稳腔外,还
可以对热透镜效应进行补偿[2~4],但以前报道的热效应补偿方法都是通过加入附加的光学元件,增大
了损耗降低了输出功率;本文根据几何光学原理,用
两块激光晶体产生的热透镜组成共焦系统,能够有效地避免热透镜效应导致的输出功率下降、激光腔
的热稳定性差和输出光束质量变差等问题,提出一
高功率全固态内腔倍频调Q激光器中相位失配的理论研究
第７卷第２期２００７年１月 １６７１—１８１５（２００７）０２—０１８２—０４ 科学技术与工程
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０Ｊ．７ Ｎｏ．２ Ｊａｎ．２００７ ⑥ ２００７ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．
通信技术
高功率全固态内腔倍频调Ｑ激光器中相位
熊景平 姚建铨徐德刚 王与烨
（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）
摘要 给出了在考虑相位失配情况下高功率全固态内腔倍频调Ｑ激光器的速率方程解的情况。ｌ￣２Ｎｄ：ＹＡＧ声光调Ｑ内腔倍频 激光器为例，建立并数值求解相位失配条件下的速率方程组，从理论上分析了相位失配和泵浦功率等参数对内腔倍频调Ｑ激光 器输出功率、脉冲宽度等的影响。 关键词速率方程相位失配声光调Ｑ 内腔倍频 中图法分类号ＴＮ２４８．１； 文献标识码Ａ
目前，高功率、高重复频率的全固态激光器在
材料加工及激光医疗等科学和工业领域有着广泛
的应用。内腔倍频由于腔内基波功率密度高，可以
得到高的谐波功率，已被经常用在高功率可见光
波段激光器中。声光调Ｑ是激光器获得高峰值功率
和高重复频率输出的重要手段之一，由于调Ｑ产生
的激光脉冲具有峰值功率高的特点，调Ｑ激光器腔
内倍频已成为获得高转换效率、高平均功率激光
的一种重要途径‘】 ］。Ｊｏｈｎ￣Ｚｈａｎｇ等人［４，５ ３分别描 述了平面波近似和高斯光束近似下理想的主动Ｑ
开关的速率方程及其数值解，并对调Ｑ脉冲特性进
行分析。对于高重复频率的调Ｑ激光器内腔倍频。
人们一般仅从实验研究其输出特性，如输出功率、
脉宽与泵浦功率的关系等，很少在理论上加以分
析。文献『６］则通过建立和求解相位匹配条件下内
腔倍频调Ｑ激光器的速率方程，对倍频晶体的最佳
长度进行了研究。 在高功率全固态内腔倍频激光器中．非线性倍
频晶体由于吸收了基频光和谐波光，在晶体内部形
成热梯度分布，导致的晶体的相位失配，引起输出
LDA 侧面泵浦 Nd YAG激光器的热效应分析
第19卷 第2期强激光与粒子束Vol.19,No.2 2007年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.,2007
文章编号: 100124322(2007)0220197205
LDA侧面泵浦Nd:YAG激光器的热效应分析3
岱 钦1,2, 李新忠1,2, 王希军1
(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春130031; 2.中国科学院研究生院,北京100039)
摘 要: 在高斯光强近似下对泵浦LD光强分布模型进行修正,建立了LDA侧面泵浦固体激光介质内热源分布的数值模型。用有限元法计算模拟了三角均匀分布侧面泵浦结构激光棒瞬态温升过程及稳态温度分布情况。讨论比较了泵浦源的高斯强度近似和均匀强度近似下激光棒内温度分布情况,并对激光棒的类热透镜的焦距进行实验测量。实验和数值计算说明了LDA泵浦结构和冷却场的非均匀分布使实际温度场偏离均匀泵浦时的二次曲线分布模型,激光晶体热效应产生的类透镜会聚作用的不对称导致了激光器输出光束质量在x,y方向上的不同。 关键词: 半导体泵浦固体激光器; 温度场; 热效应; 数值模型; 有限元法 中图分类号: TN248.1 文献标识码: A
全固体激光器的应用不仅要求固体激光器具有高的激光输出功率,还要求激光具有较高的光束质量。由
于泵浦光场分布和冷却液体的共同作用,使激光晶体内产生的温度场经常是非均匀分布的。由此产生的晶体
热作用对激光光束质量的影响较大,因此,激光器的热效应控制是提高高功率固体激光器光束质量的重要手段
之一[125]。
由于激光二极管阵列(LDA)泵浦与灯泵浦在结构以及光强分布上的差异,泵浦光在介质横截面内产生的
温度分布不同[627]。激光器运转时,泵浦光场分布不均匀和激光棒冷却不均匀等原因导致激光棒内部形成非对
称温度梯度分布,进而产生热畸变或类热透镜效应,使振荡的激光束的光束质量变差。因此,在大功率LDA
高功率激光系统中全息“热像”效应
第
16卷 第
5期强激光与粒子束
Vol.16,No.5
2004年
5月
HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay,2004
文章编号
:10012
4322(
2004)
052
05712
04
高功率激光系统中全息“热像”效应Ξ
谢良平1,2
, 粟敬钦2
, 景 峰2
, 赵建林1
, 王文义2
, 王 逍2
, 彭志涛2
(1.西北工业大学应用物理系
,陕西西安
710072;
2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心
,四川绵阳
621900)
摘 要
: 对高功率激光系统中存在的一种类似于小尺度自聚焦的非线性过程———“热像”效应进行了理
论分析和模拟计算。当一束经过遮光物调制的激光光束通过非线性介质后
,在随后的光路上将产生一个亮点
,
即“热像”。“热像”处的光强比背景光强大几倍
,因此位于“热像”附近位置的光学元件很可能遭受损伤。从全
息成像的角度对“热像”的形成过程进行了分析。结果表明
:“热像”的位置处于以非线性介质为中心与遮光物
大约对称的地方
,“热像”的光强是原始光强的(
1+
B)2
倍。计算机模拟与理论计算结果吻合较好
,验证了上述
结果。
关键词
: 热像
; 全息成像
; 非线性自聚焦
; 光学损伤
; 高功率激光
中图分类号
:
O437.5 文献标识码
:
A
在高功率激光系统中
,强激光通过介质时所出现的非线性自聚焦现象是一个阻碍高功率激光驱动器负载
提高及使光束质量变坏的重大问题[1～3]
。自聚焦危害性很大
,因为它使光束因小的位相或振幅调制而变得局
部不稳定
,进而使光束分裂成一根根强度非常高的细丝
,导致激光介质的局部破坏。“热像”这类特殊的非线性
自聚焦现象
,是在上世纪
80年代
,美国利弗莫尔国家实验室(
LLNL)的科研人员在研究
NOVA装置时发现的。
令人们困惑的是
,即使激光器运行在系统损伤阈值之下
,在一些位置处的光学元件也可能遭受损伤。这类损伤
具有小尺度自聚焦的所有特征
,仅在高功率激光器中现象明显
,而且不易追迹。起初人们希望把这类损伤与小
LD侧泵Nd:YAG薄板条MOPA激光器
LD侧泵Nd：YAG薄板条MOPA激光器
王喆;刘洋;刘磊;刘善超;赵鸿
【摘 要】报道了一种基于主振荡—功率放大(MOPA)方式工作的脉冲激光器.为了获得高重复频率、高平均功率的激光输出,采用尺寸为4 mm×35 mm×160 mm,掺杂浓度为1％的Nd:YAG薄板条.通过对侧面出光的浸入式板条激光器进行LD阵列侧面泵浦,在泵浦光平均功率为15 kW时,实现了稳定的4.15 kW的激光输出,谐振腔的光光转换效率为27.7％.在此基础上,采用两个放大模块建立了一级振荡二级放大的MOPA装置,输出光平均功率达6.4 kW.
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2015(045)004
【总页数】5页(P364-368)
【关键词】固体激光器;激光二极管;侧抽运;Nd:YAG晶体;MOPA
【作 者】王喆;刘洋;刘磊;刘善超;赵鸿
【作者单位】固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015;固体激光技术重点实验室,北京100015
【正文语种】中 文
【中图分类】TN248.1
板条激光器是利用介质几何结构对称性和“之”字形光路来补偿热透镜效应、应力双折射和退偏效应，可以避免传统的棒状固体激光器在高功率泵浦条件下产生的严重热效应，从而获得好的光束质量[1]。采用泵浦源进行侧面泵浦，热效应相较端面泵浦较小，并且可以充分利用激活区域，通过简单的增加抽运长度来承载更多的抽运能量，从而获得高功率输出。
近年来,美国诺格公司和达信公司在美国联合高功率固体激光器(JHPSSL)计划中取得了很多进展,诺格公司利用主振荡-功率放大(MOPA)类型固体激光器单链路输出功率达到15 kW,并通过7束激光进行相干合束,获得了105 kW的强光输出[2],为MOPA类型激光器走向大规模和实用化奠定了坚实的基础[3-4]。
LD侧面泵浦全固态激光器的热效应分析
LD侧面泵浦全固态激光器的热效应分析
徐金龙; 郭军
【期刊名称】《《重庆理工大学学报（自然科学版）》》
【年(卷),期】2007(021)007
【摘 要】对不同情况下LD侧面泵浦全固态激光器的热效应进行了分析,建立了抽运光功率和温度分布的计算模型,用C语言和MATLAB编程的方法对所建立的模型进行计算机数值模拟,并对模拟的结果进行了讨论分析.
【总页数】6页(P92-97)
【作 者】徐金龙; 郭军
【作者单位】贵州大学 电子科学系 贵阳 550025
【正文语种】中 文
【中图分类】TN211
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3.LDA侧面泵浦Nd:YAG激光器的热效应分析 [J], 岱钦;李新忠;王希军
4.LD侧面泵浦全固态激光器光场均匀性研究 [J], 陈薪羽;金光勇;王超;于永吉;田芳圃;梁柱
5.LD侧面泵浦全固态激光器的热效应分析 [J], 徐金龙 ;郭军
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GHz瓦级全固态克尔透镜锁模Yb:CYA飞秒激光器(特邀)
GHz瓦级全固态克尔透镜锁模Yb：CYA飞秒激光器(特邀)
马骏逸;赵国栋;邵晓东;韩海年;魏志义
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2022(51)10
【摘 要】掺镱氯酸钆钙(Yb:CaYAlO_(4),简称Yb:CYA)晶体具有生长容易、增益曲线宽广平坦以及比热容高和导热性好等优点,是产生飞秒超短脉冲的优异介质晶体。本文介绍了一种基于Yb:CYA晶体的全固态克尔透镜锁模GHz飞秒振荡器,采用功率为8 W的980 nm光纤激光作为泵浦源,腔型为四镜环形腔结构,Yb:CYA晶体厚度为3 mm。该振荡器能够产生中心波长1051 nm、平均输出功率1.7 W的GHz飞秒脉冲,脉冲宽度为207 fs。基于Yb:CYA晶体的振荡器实现了GHz重频瓦级飞秒脉冲输出,为进一步基于此振荡器实现高重频飞秒光学频率梳打下了坚实基础。
【总页数】7页(P105-111)
【作 者】马骏逸;赵国栋;邵晓东;韩海年;魏志义
【作者单位】中国科学院物理研究所光物理重点实验室;中国科学院大学;松山湖材料实验室
【正文语种】中 文
【中图分类】O43
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1.全固态Tm:LuAG双波长瓦级调Q锁模激光器2.高功率掺钕钒酸钇参量克尔透镜锁模振荡器(特邀)3.克尔透镜锁模固体激光器在半导体吸收中产生亚10fs脉冲理论研究4.高功率克尔透镜锁模掺镱全固态激光器研究进展(特邀)5.1.5-μm波段25-GHz重频亚皮秒脉冲输出半导体锁模激光器(特邀)
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基于非线性放大环形镜的全保偏锁模激光器重复频率提升机制的研究
基于非线性放大环形镜的全保偏锁模激光器重复频率提升机制的研究
锁模光纤激光器在近年来备受关注,因为它可以产生具有高峰值功率和短脉冲持续时间的光脉冲,可以作为未来超高速,大容量,长距离光纤系统的理想光源。激光器的稳定性和输出脉冲的重复频率是衡量激光器性能的重要指标。在常见的被动锁模激光器中,基于非线性放大环形镜的锁模激光器由于可以实现全保偏光纤结构而对外部环境不敏感,可以满足输出稳定脉冲的条件。然而,在提高非线性放大环形镜激光器输出脉冲的重复频率这一方向上,到目前为止还没有报道具有高(>20MHz)重复频率的保偏8字腔激光器。因此,为了能进一步提高8字腔光纤激光器的重复频率,本文在以上的基础上首先研究通过缩短激光器腔长来提高激光器输出脉冲重复频率这一方案的可行性,其次在8字腔激光器的次环中引入在1550nm波长附近有很大的正色散系数的色散补偿光纤,最终成功得到重复频率为20.38MHz、脉宽为590fs的稳定脉冲输出。论文的主要研究工作以及获得的成果如下:1.分析了非线性放大环形镜激光器的锁模原理,基于此模型,在光路结构中的主环中加入色散补偿光纤搭建了8字腔的全保偏被动锁模激光器,得到了重复频率为12MHz,脉宽为1.6ps的稳定脉冲输出。2.为了研究提高激光器输出脉冲重复频率的方案,在基于可饱和吸收体锁模的脉冲激光器上使用缩短腔长的方案实现了重复频率的提升,重复频率可以被有效提高到1.02GHz,脉冲宽度达到379fs。但实验发现这种激光器容易遭受材料劣化而缺乏长期稳定性。3.为了实现稳定的全保偏光纤结构的激光器,论文继续研究提高8字腔激光器输出脉冲的重复频率的方案,在1的基础上对实验模型进行了优化,在次环中引入色散补偿光纤后继续缩短腔长,最终得到光谱宽度为7nm、重复频率为20.38MHz、脉宽为1.2ps的稳定脉冲输出。经过腔外压缩脉宽可以达到590fs。
全固态355 nm连续紫外激光器的优化设计
全固态355 nm连续紫外激光器的优化设计
申高;檀慧明;刘飞
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2006(014)005
【摘 要】通过优化腔型设计, 实现了LD端面抽运Nd:YVO4腔内三次谐波转换全固态连续355 nm紫外激光器高效率输出.选用平-凹腔结构并考虑到Nd:YVO4晶体的热透镜效应、模式匹配、倍频晶体位相匹配等因素对输出功率的影响,对谐振腔长进行了详细的分析计算.在激光谐振腔内, 1 064 nm的基频波经KTP晶体倍频产生532 nm激光,二者再经LBO晶体和频获得了355 nm紫外激光.当LD抽运功率为3 W时,355 nm连续紫外激光输出功率达6.4 mW.与折叠腔进行比较,发现在小功率抽运情况下,直腔结构紧凑、易于调节、输出功率较大.
【总页数】5页(P731-735)
【作 者】申高;檀慧明;刘飞
【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;长春理工大学,吉林,长春,130022
【正文语种】中 文
【中图分类】TN248.1
【相关文献】 1.LD抽运355nm连续紫外激光器 [J], 申高;檀慧明;刘飞
2.双波长腔外同步和频355 nm准连续全固态激光器 [J], 田明;王菲;车英
3.高效高峰值功率全固态355nm紫外激光器 [J], 李玉文;李斌;王靖田;魏艳玲;曹思维
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高功率激光反射镜热变形补偿的实验研究
高功率激光反射镜热变形补偿的实验研究
刘海勇;刘丽娜;但勇军;安振杰;张晓卫;张志忠
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2015(045)010
【摘 要】研制了一套由环形半导体温控片、半导体温控片温度施加机构和温度控制电路组成的反射镜变形动态补偿系统.圆形反射镜在环形温度控制下,产生曲率可变的内凹或外凸球面变形,由此补偿激光反射镜自身热变形或激光系统中透射元件热变形产生的离焦量.采用口径为50 mm,厚度为10 mm平面反射镜进行了"施温-变形"以及"辐照—施温-变形"实验,利用干涉仪对面形进行监测.获得了温度-面形变化曲线,镜体中心位移和温度保持线性关系,在50 ℃温度下,中心最大变形量超过2.5 μm,温度-变形系数为0.088 μm/℃.在激光功率162 W辐照下,反射镜的热变形补偿量由0.3 μm减小到0.08 μm,对系统中透射元件的热变形量从0.28μm补偿至0.066 μm.
【总页数】5页(P1184-1188)
【作 者】刘海勇;刘丽娜;但勇军;安振杰;张晓卫;张志忠
【作者单位】核工业理化工程研究院激光技术研究所,天津300180;核工业理化工程研究院激光技术研究所,天津300180;核工业理化工程研究院激光技术研究所,天津300180;核工业理化工程研究院激光技术研究所,天津300180;核工业理化工程研究院激光技术研究所,天津300180;核工业理化工程研究院激光技术研究所,天津300180
【正文语种】中 文 【中图分类】TN248.1
【相关文献】
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4.高功率激光器窗口热变形分析的有限元方法 [J], 马毅勇;程祖海;张耀宁