自行研制出钛宝石晶体抽运的波长为532 nm的全固态高功率激光器,实现了高功率、高转换效率的可调谐钛宝石激光输出。使用3列重复频率为1 kHz的激光二极管阵列对称式抽运Nd∶YAG晶体,通过调Q及腔内倍频,获得功率为37.8 W、波长为532 nm的抽运光,每个激光二极管的抽运脉冲包络内包含5个调Q脉冲,单脉冲宽度为90 ns,重复频率为5 kHz。采用该绿光抽运钛宝石晶体,获得733.5~871.1 nm波长范围内的连续调谐激光,在771 nm处获得的输出功率最大,为8.26 W,光-光转换效率高达42%,脉冲宽度为14 ns,30 min内输出功率稳定性优于±4.4%。

基于高反射膜层和Gires-Tournois(G-T)腔, 优化设计了一对低振荡高色散镜。该色散镜对的中心波长为800 nm, 能够在680~920 nm的带宽范围内提供-200 fs2的平坦的群延迟色散。基于双离子束溅射工艺, 利用Nb2O5和SiO2制备了低振荡高色散镜对, 并将其应用于800 nm钛宝石激光器系统。通过高色散镜对2次,100.8 fs 激光脉冲被压缩至19 fs。

采用自制的全固态高功率532 nm单频绿光激光器端面抽运布氏角切割的钛宝石晶体, 设计了紧凑、稳定、像散自补偿的嵌入式六镜环形谐振腔结构。通过调节抽运光与振荡光之间的最佳模式匹配关系, 实现了高光束质量、高转换效率的900 nm波段全固态单频可调谐钛宝石激光器。当抽运功率为15 W、输出镜在922 nm处定点透射率为4.5%时, 获得了平均输出功率大于2 W、波长可调谐范围为852~934 nm的宽带可调谐单频红外激光器, 3 h内的功率稳定性优于±0.7%, 光束质量因子M2<1.04。

设计了一种基于LabVIEW控制的自动宽调谐的连续单频钛宝石激光器, 通过波长计测量激光器输出波长, 用LabVIEW程序读取该波长值并产生控制信号, 反馈控制腔内调谐元件双折射滤波片(BRF)的角度, 实现对激光器输出波长的调谐。此外, 基于波长计测量的系列波长值, 构建了BRF角度与激光器输出波长值的一一对应关系, 由LabVIEW程序根据不同的波长设定值控制BRF旋转不同的角度, 使钛宝石激光器不需要波长计也能实现自动调谐, 简化了激光器系统。对实验设计的钛宝石激光器进行自动调谐, 测量得到其调谐范围为110 nm。

对两个1.45 W/520 nm绿光半导体激光器的输出光束进行整形, 再将其聚焦到钛宝石激光晶体上进行抽运, 并结合GTI(Gires-Tournois Interferometer)镜对腔内色散给予补偿, 实现了稳定的克尔透镜锁模运转, 输出脉冲激光的脉宽为91 fs, 输出功率为208 mW, 输出单脉冲能量为1.59 nJ;优化腔型参数后, 获得的最窄脉宽为82 fs;缩短腔长后, 获得的最高输出功率为232 mW。

采用LD抽运腔内倍频532 nm Nd∶YAG激光器作抽运源, 通过合理的谐振腔膜系设计, 只使用一个输出镜就实现了可调谐钛宝石固体激光器(DPL)697～942 nm的可调谐激光输出。在18 W的抽运功率下, 其输出功率为3.5 W, 重复频率为3.9 kHz; 通过采用I类相位匹配的LBO晶体(LiB3O5, Θ=90°,Φ=33.2°, 3 mm×6 mm×20 mm)进行腔外倍频后实现了波长350～465 nm平均功率达540 mW(400 nm)连续可调的蓝紫激光输出; 通过激光聚焦导光系统、扫描控制系统软硬件的设计开发, 使该系统实现了计算机控制的程序曝光。该系统主要用于计算机直接制版技术(CTP)版材的研制开发。

介绍了以激光二极管抽运Nd∶YAG晶体的倍频激光器为抽运源,高平均功率准连续运转的全固态宽调谐掺钛蓝宝石(Ti∶sapphire)激光器。自由运转时,在抽运光功率为16 W,透过率为30％时,获得了最高6.44 W的掺钛蓝宝石激光输出,相应光光转换效率大于40％。为了获得宽波段可调谐激光输出,采用石英布氏棱镜对作腔内色散元件,通过调节输出镜获得了调谐范围740～880 nm,线宽约1 nm的宽波段输出。在抽运光功率为11.5 W时,最高输出功率为2.87 W,相应的光光转换效率为25％。作为对比,又研究了重火石棱镜作为腔内色散元件时,掺钛蓝宝石激光器的调谐输出特性,实验表明输出激光的线宽明显变窄,但输出功率却显著下降。

利用反向倍增法(IAD),采用双积分球系统,研究了人正常结肠和结肠腺癌粘膜/粘膜下层以及正常结肠和结肠腺癌肌层/浆膜组织对630 nm,680 nm,720 nm,780 nm,810 nm,850 nm和890 nm的钛宝石激光的光学穿透深度和光衰减特性。结果表明,正常结肠和结肠腺癌粘膜/粘膜下层以及正常结肠和结肠腺癌肌层/浆膜组织的光学穿透深度和总衰减系数都是随着激光波长的变化而变化的。正常结肠和结肠腺癌粘膜/粘膜下层组织的光学穿透深度的最大值都在890 nm,其值分别为0.517 cm和0.348 cm;最小值都在680 nm,其值分别为0.232 cm和0.209 cm。正常结肠和结肠腺癌肌层/浆膜组织的光学穿透深度的最大值都在890 nm,其值分别为0.575 cm和0.433 cm;最小值都在680 nm,其值分别为0.277 cm和0.260 cm。正常结肠和结肠腺癌粘膜/粘膜下层组织的总衰减系数的最大值都在890 nm,其值分别为215 cm-1和229 cm-1;最小值都在780 nm,其值分别为187 cm-1和209 cm-1。正常结肠和结肠腺癌肌层/浆膜组织的总衰减系数的最大值都在890 nm,其值分别为213 cm-1和231 cm-1;最小值都在680 nm,其值分别为193 cm-1和204 cm-1。

详细研究了双折射滤光片在宽带增益激光器腔内倍频中的作用以及双折射滤光片在腔内位置对倍频效率的影响。以钛宝石激光器为例,实验分析了不同厚度的双折射滤光片对基频光线宽和倍频效率的影响;以及腔内倍频中,热效应的来源、双折射滤光片对热诱导相位延迟的补偿、双折射滤光片在腔内的最佳位置。实验发现,双折射滤光片不仅可以压缩基频光线宽,还可以有效补偿腔内元件的热致双折射,减小腔内损耗,大幅度提高腔内倍频效率和激光的稳定性。

利用Ce∶BaTiO3晶体构成的自抽运位相共轭(SPPC)外腔,改善了连续钛宝石激光器的工作特性,使得激光输出阈值由未加位相共轭腔时的4.7 W下降到加位相共轭腔时的3.6 W,斜率效率由26%上升为30%。利用外腔激光理论对该实验结果进行了合理的分析。此外,由于位相共轭自扫描效应,导致了输出光中心频率在反馈后3 min时蓝移了142 MHz,在6 min时红移了243 MHz。通过直接测量暗条件下自抽运位相共轭反射率的衰减,得到了自抽运位相共轭光栅的暗存储特性。在暗条件下,位相共轭反射率在开始的1.5 h内由80.5%下降到75%,随后缓慢下降,到17 h位相共轭反射率仍保持在74%。