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LD侧面泵浦被动调Q环形腔单纵模激光器

光学学报 2022年第19期42卷 117-121页

作者：赵桂娟王雨雷陈彬颜秉政白振旭吕志伟河北工业大学先进激光技术研究中心天津300401 河北省先进激光技术与装备重点实验室天津300401

展示了一种环形腔全固态单纵模被动调Q激光器。采用激光二极管(LD)侧面泵浦的环形腔消除空间烧孔效应,实现谐振腔内纵模数量的稳定;通过标准具控制激光器相邻纵模间的净增益差,实现高单纵模率激光输出。激光器以10 Hz的重复频率运行,脉... 详细信息

展示了一种环形腔全固态单纵模被动调Q激光器。采用激光二极管(LD)侧面泵浦的环形腔消除空间烧孔效应,实现谐振腔内纵模数量的稳定;通过标准具控制激光器相邻纵模间的净增益差,实现高单纵模率激光输出。激光器以10 Hz的重复频率运行,脉宽为23.6 ns,单脉冲能量为6.1 mJ。该激光器在输出能量以及单纵模率方面具有较好的稳定性,其相对标准差为1.56%,当连续记录一万发脉冲时,单纵模率为100%。

关键词：激光器单纵模环形腔被动调Q 标准具侧面泵浦

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LED侧面泵浦调Q绿光激光器研究

LED侧面泵浦调Q绿光激光器研究

作者：黄鑫南京邮电大学

学位级别：硕士

固体激光技术的发展与应用,不仅极大的促进了学术进步,而且被广泛应用在人们的日常生活和农业、医学、军事等领域中,至今仍具有无法替代的作用。固体激光器的泵浦源先后经历了闪光灯、发光二极管(LED)到激光二极管(LD)的变迁,其中LED发... 详细信息

固体激光技术的发展与应用,不仅极大的促进了学术进步,而且被广泛应用在人们的日常生活和农业、医学、军事等领域中,至今仍具有无法替代的作用。固体激光器的泵浦源先后经历了闪光灯、发光二极管(LED)到激光二极管(LD)的变迁,其中LED发射光谱范围通常为20～60nm,相对LD较宽,但比闪光灯窄得多,通常能够覆盖激光材料中的多个吸收峰。随着近年来LED的低成本、小型化以及功率的大幅度提升,这种来自LED的适度宽带泵浦有望成为一种商用低成本激光器的选择,具备寿命长、系统结构简单、工作稳定、转换效率高等特点。本文主要研究以LED作为泵浦源的全固态绿光激光器的输出特性,通过侧面泵浦的方式分别搭建以Nd:YAG和Nd:YLF晶体为增益介质的全固态激光器,具体内容如下:1、介绍LED侧面泵浦全固态绿光激光器的理论基础,主要包含调Q原理与技术、实验器材的选择和基本参数以及LED的发光特性。2、对比LED泵浦不同掺杂浓度Nd:YAG激光器的1064nm基频光输出特性,挑选1064nm基频光最佳实验方案。最后在100 Hz重复频率下,实现10.3W最大平均功率输出,最大单脉冲能量超过100m J,对应最高25.4%的光-光转化效率和31.3%的斜率效率。3、在1064nm基频光最大功率输出模块的基础上搭建声光调Q倍频模块,通过优化KTP晶体的入射角以满足非临界相位匹配条件,在10 k Hz的重复频率下产生3.8 W平均功率的532nm绿光,对应于最高45.5%的倍频转换效率。4、搭建Nd掺杂浓度1.0at.%的Nd:YLF激光器系统。选择合适的腔镜参数并缩短腔长验证LED泵浦Nd:YLF连续激光器的可行性。其次通过微调腔内双折射滤波片的角度,实现LED泵浦Nd:YLF固体激光器1047/1053nm双波长输出。最后重点研究了1047nm激光器的输出特性并实现倍频523nm绿光的输出。

关键词：发光二极管侧面泵浦高功率声光调Q 绿光

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二极管叠阵侧面折返泵浦多边形薄片激光器

物理学报 2021年第16期70卷 161-166页

作者：陈巧邱基斯张旭葛文琦刘悦亮刘昊王昊成中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学光电学院北京100049 中国科学院物理研究所北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049

本文报导了一种二极管叠阵侧面折返泵浦的多边形薄片Nd:YAG激光器,通过对其增益特性和光学特性的优化,得到了泵浦光耦合效率为97%,增益介质吸收效率达87%,增益介质内泵浦吸收分布均匀性为3.21%(root mean square,RMS)的结果.实验测得与... 详细信息

本文报导了一种二极管叠阵侧面折返泵浦的多边形薄片Nd:YAG激光器,通过对其增益特性和光学特性的优化,得到了泵浦光耦合效率为97%,增益介质吸收效率达87%,增益介质内泵浦吸收分布均匀性为3.21%(root mean square,RMS)的结果.实验测得与模拟数据吻合较好的增益介质荧光分布.在泵浦能量为2.2 J时,获得了能量0.85 J的激光输出,光-光效率达38.8%,斜效率为40.1%.在1 Hz~100 Hz的频率范围内输出能量保持稳定,在重复频率1 Hz时测得单脉冲能量稳定性为2.7%(RMS),在稳腔下测得激光衍射极限倍数b约为10.

关键词：薄片激光器侧面泵浦泵浦均匀性

LD侧面泵浦Er3+,Yb3+：glass波导结构被动调Q激光器

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LD侧面泵浦Er3+,Yb3+：glass波导结构被动调Q激光器

作者：刘大鹏北京工业大学

学位级别：硕士

LD(Laser-Diode,LD)泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃(Er,Yb:glass)激光器因其具有体积小、结构简单紧凑、可靠性高、整体效率高等特点,是获得1.5μm波长人眼安全激光输出的常见方式。其中,大能量、窄脉宽的1.5μm短脉冲激光器在军事和民用方面... 详细信息

LD(Laser-Diode,LD)泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃(Er,Yb:glass)激光器因其具有体积小、结构简单紧凑、可靠性高、整体效率高等特点,是获得1.5μm波长人眼安全激光输出的常见方式。其中,大能量、窄脉宽的1.5μm短脉冲激光器在军事和民用方面具有迫切的应用需求。本文围绕大能量1.5μm激光输出的国内外研究进展,针对LD泵浦铒镱共掺介质(磷酸盐玻璃、晶体)直接输出1.5μm激光进行详细调研,综合对比分析二者近年来的最新研究成果,发现采用LD侧面泵浦Er,Yb:glass的方式,利用掺钴尖晶石(Co:Mg AlO)的可饱和吸收特性进行被动调Q,是获得m J级大能量1.5μm短脉冲激光直接输出的有效方式,但是存在高泵浦能量密度下的光光转换效率低、大能量输出下的光束质量相对较差。其关键原因可能是增益介质内部的ASE效应(Amplified Spontaneous Emission,ASE)过于严重导致的。因此,需要探索一种方法,使激光器在实现大能量短脉冲激光输出的同时,保持高效率、高光束质量激光输出。本课题针对LD侧面泵浦Er,Yb:glass被动调Q激光器,进行理论和实验研究。论文主要研究内容和成果如下:(1)确定将Er/Yb:glass作为激光器的工作物质,并对其光谱特性和能量转移过程进行分析;根据Er,Yb:glass的吸收特性,LD泵浦源的中心波长采用940nm,其附近的吸收谱线较宽,当泵浦光的波长发生漂移时,对泵浦光的吸收随温度变化很小,激光输出不会有太大变化,有利于激光器稳定的输出;选择Co:Mg AlO晶体作为被动调Q元件,其在1.5μm波段附近吸收带宽、吸收截面大,激发态寿命高达350ns,可以产生宽的吸收光谱和荧光光谱;选用平行平面腔结构进行实验,能够实现单模振荡,获得高的泵浦能量利用率;最后,通过分析比较固体激光器中常用的冷却方式,选择紫铜热沉水冷方式进行实验。(2)针对ASE效应这一关键问题,依据Er,Yb:glass的吸收光谱和发光特性,设计出能够抑制ASE效应的Er,Yb:glass波导结构。波导结构由芯层、吸收层和泵浦光传输层组成,芯层材料为1wt.%Er,21 wt.%Yb:glass,尺寸为0.80.810mm;在Er,Yb:glass四侧键合0.1 mm的Co:glass作为吸收层,抑制ASE的形成通道;泵浦光传输层的材料为K9光学玻璃,键合在波导结构两侧,作用是提高泵浦均匀性,实现高光束质量激光输出。(3)基于光线追迹法,在zemax非序列模式下对泵浦光吸收效率和泵浦均匀性进行模拟分析,优化Er,Yb:glass波导结构的尺寸参数。优化后波导结构总体长度10mm、宽度8.9mm、厚度1mm,泵浦吸收效率高达95%,泵浦均匀度为93.7%。(4)结合温度分布场理论,对Er,Yb:glass波导结构的热致应力和热透镜效应进行理论分析、计算,并且在COMSOL多物理场仿真软件中对波导的热分布和应力分布进行模拟,确保波导结构在实验过程中的安全性,也为后续台架实验的结果提供理论基础。(5)采用无胶键合技术制备好Er,Yb:glass波导结构后,进行台架实验研究。实验依次优化输出耦合镜透过率、腔长和Co:Mg AlO晶体初始透过率,最终实现单脉冲能量2.16m J、脉宽4.7ns、峰值功率459k W的1.535μm激光输出,对应的光光转换效率为0.55%,光束质量因子M=1.53。实验还分别比较了键合Co:glass和未键合Co:glass波导激光器的最佳输出激光性能,与未键合Co:glass波导相比,键合Co:glass波导激光器被动调Q输出的单脉冲能量提高了184.2%,峰值功率提高了262%。实验结果表明,在Er,Yb:glass的四侧键合Co:glass是抑制其内部ASE效应、提高激光器单脉冲能量输出的有效方法。

关键词：固体激光器铒镱共掺磷酸盐波导侧面泵浦被动调Q ASE效应

高光束质量的二极管泵浦Nd:YAG腔内倍频激光器

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激光与光电子学进展 2024年

作者：彭马俊李帅朱占达雷訇李强跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室激光先进制造北京市高等学校工程研究中心北京市激光应用技术工程技术研究中心北京工业大学物理与光电工程学院

报道了一种高光束质量的二极管侧面泵浦Nd:YAG腔内倍频激光器。采用凹面Nd:YAG晶体棒补偿激光器热透镜效应，通过测量激光模块热焦距设计双凸腔控制基频光光束质量，利用声光Q开关对激光器振荡进行调制和II类临界相位匹配硼酸锂（LBO）... 详细信息

报道了一种高光束质量的二极管侧面泵浦Nd:YAG腔内倍频激光器。采用凹面Nd:YAG晶体棒补偿激光器热透镜效应，通过测量激光模块热焦距设计双凸腔控制基频光光束质量，利用声光Q开关对激光器振荡进行调制和II类临界相位匹配硼酸锂（LBO）非线性晶体进行倍频。在泵浦电流21A，重复频率为9kHz时，实现了最大平均功率21.1W，脉宽60ns的绿光激光输出。在激光器最高输出功率时测量了绿光光束质量，光束质量Mx2×My2=1.33×1.36，并测量了激光器在1h内输出功率稳定性波动<3%。

关键词：高光束质量侧面泵浦双凸腔倍频

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二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦性能数值仿真

红外与激光工程 2012年第4期41卷 906-912页

作者：郭渭荣李强冯驰晏乐伦王金国北京工业大学激光工程研究院北京100022

利用二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦分布的对称性,通过泵浦分布中的特殊点对泵浦均匀性进行定量描述的方法,提出了由泵浦均匀性和吸收效率共同表征的泵浦性能指标,并使用该指标对一定范围内的阵列距离、圆薄片晶体尺寸和吸收系数的泵浦... 详细信息

利用二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦分布的对称性,通过泵浦分布中的特殊点对泵浦均匀性进行定量描述的方法,提出了由泵浦均匀性和吸收效率共同表征的泵浦性能指标,并使用该指标对一定范围内的阵列距离、圆薄片晶体尺寸和吸收系数的泵浦性能进行了对比。在一定取值范围内,当圆薄片晶体半径为13 mm、阵列与晶体中心间距为37 mm、吸收系数为0.10 mm-1时,泵浦性能指标达到最小值0.111 0。采用接近最优泵浦性能指标值的泵浦参数进行实验,初步测量了热效应造成的薄片相位畸变,根据泵浦分布计算出的相位畸变分布与实验结果基本相符。文中提出的泵浦性能指标和相应计算结果为薄片激光器的优化设计提供了理论参考。

关键词： Nd:YAG薄片激光器侧面泵浦泵浦均匀性泵浦效率泵浦性能指标

LD侧面泵浦Er^(3+),Yb^(3+)∶glass波导被动调Q激光器

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激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 322-326页

作者：刘大鹏吴伟冲雷訇朱占达惠勇凌李强北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124 北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心北京100124 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124

报道了一种LD侧面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃波导被动调Q激光器。采用无胶键合技术,在波导芯层(原子数分数1%Er^(3+),21%Yb^(3+)∶glass)的四侧键合厚度为0.1 mm的掺钴硼硅酸盐玻璃(Co^(2+)∶glass)作为包层,阻断放大自发辐射(ASE)的形成通... 详细信息

报道了一种LD侧面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃波导被动调Q激光器。采用无胶键合技术,在波导芯层(原子数分数1%Er^(3+),21%Yb^(3+)∶glass)的四侧键合厚度为0.1 mm的掺钴硼硅酸盐玻璃(Co^(2+)∶glass)作为包层,阻断放大自发辐射(ASE)的形成通路,提高激光输出效率。波导两侧分别键合硼硅酸盐K9光学玻璃作为泵浦光传输层,改善泵浦均匀性,提高输出激光的光束质量。在自由运转模式下,激光器输出的最大脉冲能量为34.7 mJ,斜率效率为10.6%。被动调Q模式下,获得稳定输出单脉冲能量2.16 mJ、脉宽4.7 ns、峰值功率459 kW的1.535μm脉冲激光,光束质量因子M2=1.53。实验结果表明,在Er^(3+),Yb^(3+)∶glass的四侧键合Co^(2+)∶glass是抑制其内部ASE效应、提高激光器单脉冲能量输出的有效方法。

关键词：激光器固体激光器波导侧面泵浦被动调Q

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二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦均匀性分析

强激光与粒子束 2008年第8期20卷 1243-1248页

作者：庞恺韩军婷李强姜梦华蔡艳芳刘波丁小艇北京工业大学激光工程研究院北京100022 广西大学物理科学与工程技术学院南宁530004

建立了二极管侧面泵浦复合薄片激光介质Nd:YAG/YAG的数值模型:二极管阵列的快轴垂直于薄片激光介质表面的排布,二极管对称排列在增益介质的周围,从侧面进行泵浦,通过微柱透镜对二极管的快轴进行准直。模拟并实验研究了激光二极管慢轴方... 详细信息

建立了二极管侧面泵浦复合薄片激光介质Nd:YAG/YAG的数值模型:二极管阵列的快轴垂直于薄片激光介质表面的排布,二极管对称排列在增益介质的周围,从侧面进行泵浦,通过微柱透镜对二极管的快轴进行准直。模拟并实验研究了激光二极管慢轴方向的远场分布特性,结果发现在近距离时激光二极管慢轴方向上的远场分布近似为高斯分布。对于二极管参量,研究发现泵浦二极管越多,增益介质内泵浦光分布就越理想;增益介质吸收系数越小,泵浦的均匀性就越好,但总的吸收效率下降;二极管与工作物质的距离越近,工作物质靠近中心的区域对泵浦光的吸收就越多,但泵浦的均匀性就越差。选用增益介质为Nd:YAG/YAG的复合薄片介质,当掺杂原子分数以及增益介质的吸收系数不同时,发现0.6%掺杂的增益介质(吸收系数为0.24 cm-1)的泵浦均匀性比1%掺杂(吸收系数为0.51 mm-1)有明显改善,实验结果与模拟结果一致。

关键词：激光二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦均匀性模拟计算

高功率连续侧面泵浦1341.4 nm Nd:YAP激光器

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强激光与粒子束 2006年第9期18卷 1413-1416页

作者：朱海永张戈黄呈辉魏勇黄凌雄陈静陈玮冬位民陈振强中国科学院福建物质结构研究所暨南大学光电工程研究所广州510632

报道了一台线性偏振输出、波长为1 341.4 nm、采用激光二极管(LD)连续侧面泵浦的Nd:YAP激光器。通过分析Nd:YAP晶体的能级结构和跃迁特点,显示了Nd:YAP晶体作为1.3μm波段激光器的工作物质的优点。实验对比了不同透过率的输出耦合镜片... 详细信息

报道了一台线性偏振输出、波长为1 341.4 nm、采用激光二极管(LD)连续侧面泵浦的Nd:YAP激光器。通过分析Nd:YAP晶体的能级结构和跃迁特点,显示了Nd:YAP晶体作为1.3μm波段激光器的工作物质的优点。实验对比了不同透过率的输出耦合镜片的输出功率。最终以透过率为6.5%的输出耦合镜片,在555 W的LD泵浦功率下获得了121 W的平行于晶体c轴线性偏振(c偏振)的1 341.4 nm激光输出,光-光转化效率21.8%,斜率效率为41%;并且在c偏振激光失稳后成功获得了平行于a轴的线性偏振(a偏振)的1 339.2 nm激光。

关键词： Nd:YAP激光器侧面泵浦连续激光线性偏振