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同带泵浦的Tm:CYA调Q锁模激光器

中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 764-770页

作者：孙堂正李云飞谭晶荣杜晓娟丁嘉宇任舒婷许浩王翀杨金芳张明霞朱永乐董忠令维军甘肃省全固态激光工程研究中心甘肃天水741001 集成电路封装与测试教育部工程研究中心甘肃天水741001

以半导体可饱和吸收镜SESAM作为锁模启动元件,利用同带泵浦技术首次在Tm:CaYALO_(4)(Tm:CYA)激光器实现了被动调Q锁模运转。光路采用X型四镜腔结构,泵浦源采用Er:Y_(3)Al_(5)O_(12)(Er:YAG)固体激光器,其中心波长为1650 nm。分别采用0.5... 详细信息

以半导体可饱和吸收镜SESAM作为锁模启动元件,利用同带泵浦技术首次在Tm:CaYALO_(4)(Tm:CYA)激光器实现了被动调Q锁模运转。光路采用X型四镜腔结构,泵浦源采用Er:Y_(3)Al_(5)O_(12)(Er:YAG)固体激光器,其中心波长为1650 nm。分别采用0.5%、1.5%、3%和5%透过率的输出耦合镜,对激光器连续光输出和锁模输出特性进行研究。结果表明:当采用5%透过率的输出耦合镜时,激光器的输出特性最好;当激光器在连续光运转情况下,得到了894 mW的最高功率和16%的最大斜效率输出;将连续光功率优化至最高,在光路中加入SESAM锁模元件后,当吸收泵浦功率大于1.86 W时,激光运转进入不稳定的调Q状态;当吸收泵浦功率提高到5.7 W时,实现了稳定的被动调Q锁模运转;吸收泵浦功率达到6.99 W时,采用5%透过率的输出耦合镜,获得了最高输出功率为399 mW的锁模脉冲激光;此时调Q包络下重复频率为98.11 MHz,脉冲宽度为619.4 ps,对应的最大单脉冲能量为4.07 nJ,调Q包络中锁模脉冲调制深度接近100%。实验结果证明,同带泵浦技术可以用于激光器以产生调Q锁模脉冲,为超短脉冲激光的产生提供了一种新的泵浦方式。

关键词： Tm:CYA激光器同带泵浦半导体可饱和吸收镜(SESAM) 调Q锁模

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高功率光纤激光技术

中国激光 2024年第11期51卷 355-378页

作者：周军何兵漆云凤杨依枫沈辉孟俊清中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部上海201800 中国科学院大学光电与材料研究中心北京100049 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室上海201800

高功率光纤技术是目前发展最为迅速的激光技术之一,其在通信、科研、工业、国防等领域有着卓越表现。通过对激光技术发展的研判,上海光学精密机械研究所在国内率先开展光纤激光技术的研究,其中的关键技术主要为高功率窄线宽光纤激光技... 详细信息

高功率光纤技术是目前发展最为迅速的激光技术之一,其在通信、科研、工业、国防等领域有着卓越表现。通过对激光技术发展的研判,上海光学精密机械研究所在国内率先开展光纤激光技术的研究,其中的关键技术主要为高功率窄线宽光纤激光技术和高功率光纤激光合成技术。针对光纤激光的特点,在高功率窄线光纤激光方面,为了抑制非线性效应,逐渐凝练出单频种子光谱调控结合多级放大技术,该技术能够在单光纤激光器功率放大的同时,保持线宽不变并最小化光束质量的劣化。在高功率光纤激光合成方面,同样结合光纤激光的特点,率先开展了全光纤环形腔相干合成(CBC)技术和光谱合成(SBC)技术的研究。近年来,上海光学精密机械研究所在一系列关键技术方面取得了突破性进展,并取得了一系列重要成果。这些成果推动了高功率光纤激光技术的推广和应用,使其成为目前国内外实现高能光纤光源的主流技术。

关键词：高功率窄线宽光纤激光相干合成光谱合成

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基于梯度掺杂晶体的激光器模式匹配研究

中国激光 2024年第5期51卷 1-11页

作者：满朝阳崔璨王雨雷刘福寒李银栋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

针对梯度掺杂晶体和均匀掺杂晶体,采用数值模拟的方式分析了泵浦光束腰半径、光束质量因子(M^(2))与束腰位置对模式匹配效率的影响,并通过实验验证了不同束腰位置对激光器输出功率的影响。由计算结果得到,在不同的泵浦光参数下,与均匀... 详细信息

针对梯度掺杂晶体和均匀掺杂晶体,采用数值模拟的方式分析了泵浦光束腰半径、光束质量因子(M^(2))与束腰位置对模式匹配效率的影响,并通过实验验证了不同束腰位置对激光器输出功率的影响。由计算结果得到,在不同的泵浦光参数下,与均匀掺杂晶体相比,梯度掺杂晶体均具有更稳定的模式匹配;当泵浦光M^(2)为10和50,束腰半径为0.5 mm时,对于任意位置的束腰,梯度掺杂晶体的模式匹配效率都高于均匀掺杂晶体。在实验上对比分析了泵浦光不同束腰位置的输出功率,结果表明,梯度掺杂晶体的模式匹配效率受泵浦光束腰位置的影响较小。当晶体位于谐振腔中心时,在高于70 W的泵浦条件下,梯度掺杂晶体的输出功率高于均匀掺杂晶体,最高输出功率为44.8 W,与均匀掺杂晶体相比,提高了4.67%;当晶体紧贴输入镜时,梯度掺杂晶体的最高输出功率为34.0 W,与均匀掺杂晶体相比,提高了11.84%。因此,梯度掺杂晶体更适用于高功率泵浦。

关键词：激光器梯度掺杂晶体模式匹配激光器理论端面泵浦高功率激光

2μm单纵模全固态脉冲激光技术研究进展(封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2024年第2期53卷 1-16页

作者：颜秉政穆西魁安嘉硕齐瑶瑶丁洁白振旭王雨雷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

2μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO_(2)等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽... 详细信息

2μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO_(2)等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势,可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源,在工业、国防和科研等领域具有重要意义。目前,实现2μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术,直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点,已成为2μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2μm固体激光增益介质,分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点,综述了2μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展,并对不同结构激光器的输出特性进行了比较,最后对2μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。

关键词：全固态激光器 2μm 脉冲单纵模选模

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基于种子注入的高功率单频脉冲激光器

激光与光电子学进展 2024年

作者：徐进继吴辉房春奇于广礼赵晓燕周军胡芳仁南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院南京先进激光技术研究院先进全固态激光技术研发中心

为了扩展全固态单频激光器的应用范围，实现高功率的单频激光输出，本文利用双PZT谐振探测结合变反射率镜非稳腔，采用LD阵列组成的侧面泵浦模块研制了一台重复频率为100Hz的全固态电光调Q单频脉冲激光器，最终实现了稳定的高功率、高... 详细信息

为了扩展全固态单频激光器的应用范围，实现高功率的单频激光输出，本文利用双PZT谐振探测结合变反射率镜非稳腔，采用LD阵列组成的侧面泵浦模块研制了一台重复频率为100Hz的全固态电光调Q单频脉冲激光器，最终实现了稳定的高功率、高光束质量的窄线宽激光输出。实验结果表明，振荡器腔长300 mm，重复频率100Hz，泵浦电流160A，泵浦脉冲宽度300μs时，实现了平均功率为10.06W的稳定激光输出，对应脉冲宽度为6.6ns,线宽为93.874MHz，光束质量因子Mx2=1.51, My2=1.674。结果表明，该激光器可用作多普勒测风雷达等探测设备的稳定窄线宽脉冲激光光源。

关键词：固体激光器单频脉冲激光器种子注入变反射率镜非稳腔 LD阵列侧面泵浦

面向MEMS振镜激光雷达系统的近程接收机设计

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光电工程 2024年第3期51卷 116-127页

作者：万岁岁庞亚军薛瑞祥白振旭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

针对1550 nm波段铟镓砷探测器小光敏面无法有效接收MEMS较大扫描视场回波的问题,设计了一种适用于近程宽视场的接收装置。接收端光学系统利用像方远心结构作为接收天线,通过仿真在1 mm的光敏面下实现了36°的接收视场,整体相对照度超过9... 详细信息

针对1550 nm波段铟镓砷探测器小光敏面无法有效接收MEMS较大扫描视场回波的问题,设计了一种适用于近程宽视场的接收装置。接收端光学系统利用像方远心结构作为接收天线,通过仿真在1 mm的光敏面下实现了36°的接收视场,整体相对照度超过95%,集光性能和通光性能较好。同时,接收电路采用T型网络放大结构,结合时刻鉴别电路,利用TDC7200实现高精度时间测量。实验结果表明,飞行时间测量精度在200 ns量程下小于120 ps,在8 m范围内测距精度优于2 ns,能够满足近程探测的需要。

关键词：微机电系统大视场光学设计近程探测

基于光谱合束的双波长输出Nd:YAG固体激光器

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红外与激光工程 2024年第1期53卷 121-126页

作者：王路达吴伟冲朱占达白振旭惠勇凌雷訇李强北京工业大学材料与制造学院激光工程研究所北京100124 跨尺度激光制造技术教育部重点实验室北京100124 北京市激光技术工程研究中心北京100124 北京市高等院校先进激光制造工程研究中心北京100124 河北工业大学先进激光技术研究中心天津300401

报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜... 详细信息

报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长,从而实现合束,获得的激光源中心波长锁定在1 061.5 nm和1 064.6 nm,两谱线中心间距为3.1 nm,组合光束的输出能量为173 mJ,组合光束的光束质量因子M2为2.8×2.2;两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ,在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1,在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9;组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%,组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求,在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。

关键词：双波长 Nd:YAG激光器光谱合束输出能量光束质量

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外腔级联金刚石拉曼激光输出特性仿真

光学学报 2024年

作者：李晓伟陈晖崔雨凡丁洁齐瑶瑶颜秉政王雨雷吕志伟白振旭河北工业大学先进激光技术研究中心河北省先进激光技术与装备重点实验室

具有宽光谱透过范围和大拉曼频移特性的金刚石晶体在作为拉曼介质实现多波长激光输出方面具有显著优势。为了获得高效率的多波长拉曼激光转换，同时实现多参数的可调控输出，需要对高阶Stokes光输出特性进行理论分析。本文基于外腔拉曼... 详细信息

具有宽光谱透过范围和大拉曼频移特性的金刚石晶体在作为拉曼介质实现多波长激光输出方面具有显著优势。为了获得高效率的多波长拉曼激光转换，同时实现多参数的可调控输出，需要对高阶Stokes光输出特性进行理论分析。本文基于外腔拉曼稳态模型推导了三阶Stokes光特性理论公式，并利用该模型预测了外腔泵浦金刚石拉曼激光器的关键参数的运转特性。有效模拟了三阶Stokes光输出透过率与最大转换效率及拉曼阈值之间的关系，并分析了不同的泵浦功率时，泵浦光束腰尺寸、输出镜透过率、金刚石晶体长度等参数与输出功率之间的关系。本研究为级联晶体拉曼激光器的实验研究提供了参考和指导。

关键词：多波长金刚石受激拉曼散射级联稳态模型

碳纤维/环氧树脂编织结构激光辐照热传导效应仿真研究

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光学学报 2024年第11期44卷 133-143页

作者：卓越洋贺子安刘涛汪贺刘兆和熊小强陈晓龙何兵中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部王之江创新中心上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器及应用技术重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学技术大学光学与光学工程系安徽合肥230026

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材... 详细信息

本文根据碳纤维/环氧树脂复合材料内部编织结构导致的径向和轴向导热系数差异,以及垂直纤维方向的环氧树脂层和碳纤维层的层叠结构建立了复合导热系数、密度和比热容的阶梯变化模型,并根据材料的物理性质理论给出碳纤维/环氧树脂复合材料对激光的吸收率数值约为0.96。基于该模型利用COMSOL软件仿真计算了碳纤维/环氧树脂复合材料在高斯激光束平行/垂直材料内部纤维取向辐照的烧蚀行为,得到了激光功率、辐照时间对材料温度、烧蚀深度以及烧蚀热的影响规律。结果表明,激光平行纤维方向辐照材料时,材料向深度导热迅速,易形成较大的烧蚀坑,激光功率设置为400、600、800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.642、1.721、2.846、3.990 mm的烧蚀深度;激光垂直纤维方向辐照材料时,材料的温升速率受环氧树脂和碳纤维层的叠加以及环氧树脂热解的热隔绝影响,难以向深度导热,烧蚀深度较浅,在光斑直径为10 mm、激光功率设置为800、1000 W辐照10 s时,分别形成0.567、1.243 mm的烧蚀深度。

关键词：碳纤维/环氧树脂复合材料导热系数阶梯变化模型温度场烧蚀深度烧蚀热