半导体激光抽运碱金属激光器(DPAL)具有很高的斯托克斯效率、高光束质量、近红外光谱等优异的特性,得到了广泛的关注和较快的发展。作为典型的三能级激光器, 碱金属激光器连续输出的近红外波长分别为895nm(铯), 795nm(铷), 770nm(钾)。介绍了半导体激光抽运碱金属激光器的物理机理和重要研究进展, 以及作者团队在碱金属激光器方向做的理论和实验研究情况, 讨论了该领域存在的问题和难点, 并对碱金属激光器的未来发展进行了分析和展望。
激光器 碱金属激光器 半导体抽运 气体流动系统 lasers alkali lasers laser diode pump gas flowing system
1 海军装备部, 成都 610100
2 西南技术物理研究所, 成都 610041
3 北京理工大学 物理学院, 北京 100081
差分吸收激光雷达具有探测距离远、灵敏度高、响应时间快等特点, 可用于大范围大气有毒有害气体的遥感监测, 成为近年来大气有毒有害气体激光遥测技术发展的重点。首先阐述了差分吸收激光雷达大气遥测基本原理, 其次从激光器应用和系统平台发展两个方面分析了该技术的技术发展现状, 最后提出了宽光谱、多波长、新探测体制的激光雷达、多平台应用、复合系统将成为未来基于差分吸收激光雷达有毒有害气体遥测发展方向。
激光技术 差分吸收 激光雷达 有毒有害气体遥测 laser technique differential absorption lidar toxic and harmful gases remote sense
由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大, 因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外, 分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析, 最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm, 一级主放大级的为5 cm, 二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时, 也评估了采用此设计方案时, 整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。
气体激光器 端面泵浦 碱金属蒸气激光器 密闭蒸气池长度 工作温度 gas laser end pumped DPAL MOPA MOPA cell length temperature 红外与激光工程
2016, 45(11): 1106003
Yb3+:KGd(WO4)2晶体具有增益带宽大、掺杂浓度高等突出特点, 是近年来引起广泛关注的可用于构建锁模飞秒和辐射平衡激光系统的激光介质。这里建立了基于准三能级系统的微观动力学理论模型, 并将其应用于端面泵浦Yb3+:KGd(WO4)2种子源和激光放大系统的理论分析中。首先从速率方程出发, 讨论了准三能级激光系统的种子源部分的物理特性, 指出种子源部分存在着最佳的晶体长度和输出耦合镜反射率。由于Yb3+:KGd(WO4)2晶体材料的热传导率很低, 研究中拟采用主控振荡功率放大结构以实现30 W量级的激光输出, 并在此基础上探讨了主控振荡功率放大器部分的输出物理特性。研究结果对将来构建实用化的Yb3+:KGd(WO4)2激光系统有着重要的理论指导意义。
半导体激光泵浦固体激光器 MOPA结构 Yb3+:KGd(WO4)2激光器 准三能级 功率放大 diode pumped solid-state laser MOPA configuration Yb3+:KGd(WO4)2 laser quasi-three level power amplification 红外与激光工程
2016, 45(11): 1105003
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali vapor laser (DPAL) is one of the most promising candidates of the next-generation high-powered laser source. As the saturated number density of alkali vapor is highly dependent on the temperature inside a vapor cell, the temperature distribution in the cross-section of a cell will greatly affect the homogeneity of a laser medium and the output characteristics of a DPAL. In this paper, we developed an algorithm based on the regime concluding quasi-Hilbert transform to evaluate the phase aberration of a wavefront when the probe beam passes through the vapor cell placed in one arm of a Mach–Zehnder interference setup. According to the theoretical algorithm, we deduced the temperature distribution of a cesium vapor cell for different heating conditions. The study is thought to be useful for development of a high-powered laser.
DPAL DPAL Hilbert transform Hilbert transform temperature distribution temperature distribution vapor cell vapor cell High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e38
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali laser (DPAL) provides the significant promise for high-powered performances. In this paper, a mathematical model is introduced for examination of the kinetic processes of a diode-pumped cesium vapor hollow-core photonic-crystal fiber (HC-PCF) laser, in which the cesium vapor is filled in the center hole of a photonic-bandgap fiber instead of a glass cell. The influence of deleterious processes including energy pooling, photo-ionization, and Penningionization on the physical features of a fiber DPAL is studied in this report. It has been theoretically demonstrated that the deleterious processes cannot be ignored in a high-powered fiber-DPAL system.
DPAL DPAL hollow core hollow core ionization ionization photonic bandgap photonic bandgap High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e37
Yb3+:KGd(WO4)2激光器是近年来得到广泛关注的新型固体激光光源，具有吸收和发射截面大、荧光谱线宽、激光阈值低等突出特点。对此三能级激光系统进行微观动力学理论分析，在探讨了不同的晶体切割方向、抽运光偏振方向和激光偏振方向的吸收和发射特性的基础上研究了Yb3+:KGd(WO4)2激光器输出特性随晶体长度和输出耦合镜反射率的变化规律，得到了Yb3+:KGd(WO4)2激光器的最佳构成条件，即：晶体切割方向平行于g轴，抽运光偏振方向平行于m轴，激光偏振方向平行于p轴。
激光器 输出特性 各向异性 端面抽运三能级系统 Yb3+:KGd(WO4)2激光器 激光与光电子学进展
2016, 53(6): 061409
贵州大学贵州省光电子技术与应用重点实验室, 贵州 贵阳 550025
提出并分析验证了一种光电混合结构的光时钟分频/倍频器系统，该系统通过光电转换后的反馈调制来实现光时钟信号的分频/倍频操作。分频过程类似于D触发器的输出信号反馈控制输入端信号的原理；在不更换器件的情况下，简单改变反馈顺序，还可以实现光时钟信号的倍频。从时/频域的角度分别讨论了分频/倍频的原理，在实验上验证了所提方案的可行性，从一路10 GHz的光时钟信号出发分别得到了5 GHz的光、电分频时钟信号和20 GHz的光时钟倍频信号。该系统结构简单，性能稳定，对光信号的波长透明且无需光、电滤波，并同时具有光、电信号输出，因此可以方便地配合后续信号处理环节，具有良好的实用性。
光纤光学 时钟分频 时钟倍频 反馈调制 马赫曾德尔调制器
贵州大学贵州省光电子技术与应用重点实验室, 贵州 贵阳 550025
提出并验证了一种基于光纤参量环形镜（OPLM）和光纤光栅（FBG）的60 GHz光毫米波副载波产生方案。理论上分析了OPLM的原理特性，发现可以利用OPLM同时完成光子微波信号的高次谐波产生和抽运滤波，直接获得光毫米波副载波信号。在实验验证中，从5 GHz的基频信号出发，通过调制非线性和OPLM中的四波混频和滤波过程，完成高次谐波产生和抽运分离，成功得到60 GHz的光毫米波副载波信号，表现出良好的性能。
光纤光学 光纤参量环形镜 光毫米波副载波 四波混频 微波 光纤光栅 光学学报
2012, 32(10): 1006005
1 贵州大学计算机学院通信系， 贵州 贵阳 550025
2 贵州大学贵州省光电子技术与应用重点实验室， 贵州 贵阳 550025
从信号频域处理的角度分析并实验验证了一种基于微波光子滤波器的归零(RZ)码到非归零(NRZ)码的码型变换方案。理论上，通过对RZ和NRZ码基带信号的频谱特点以及微波光子滤波器的特性进行分析，构建一个低通滤波器并对RZ码信号进行滤波，强烈抑制RZ码信号中的时钟分量，最终实现RZ到NRZ码的码型转换。在实验中，采用一种两抽头加色散延时的微波光子滤波器对速率为10 Gbit/s的RZ码信号进行了处理，成功得到了转换后的NRZ码信号。信号波形和频谱均显示了此方案的良好性能。通过简单地调节微波光子滤波器的部分参数，可对任意速率的信号进行处理，具有很好的灵活性。
光纤通信 码型转换 非归零 归零 微波光子滤波器
