1 杭州医学院医学影像学院，浙江 杭州 310053
2 云南大学物理与天文学院云南省高校光电子器件工程重点实验室，云南 昆明 650500
3 中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心，上海 201899
采用高功率半导体激光端面泵浦技术，在均一浓度Nd∶YAG中心轴沿泵浦光通光方向可产生温度梯度，引起热透镜效应，降低激光输出功率与光束质量。本文结合静态热场数值仿真，建立Nd∶YAG在方形平顶光泵浦条件下的热源方程，研究渐变浓度Nd∶YAG在高功率激光泵浦下的温度分布。当初始泵浦功率为1000 W、泵浦脉宽时间为46 μs、重复频率为1 kHz时，均一浓度Nd∶YAG的吸收系数为5.8 cm-1，其中心轴沿通光方向的温度由185 ℃逐次下降到2、4、6、8 mm处的106、51、29、26 ℃；相应地，每经过2 mm，温度下降率分别为39.5、27.5、11.0、1.5 ℃/mm。与此相对应，本文构建出一款渐变浓度Nd∶YAG整体式结构，每段厚度均为1 mm，总长度为4 mm。将4段Nd∶YAG的吸收系数依次调控为1.5、2.1、3.3、9.7 cm-1，则沿泵浦光通光方向的中心轴温度基本维持在86.5 ℃，在渐变浓度Nd∶YAG中实现沿泵浦光传输方向的温度均匀分布。
均一浓度Nd∶YAG 渐变浓度Nd∶YAG 数值仿真 温度分布
1 深圳技术大学 中德智能制造学院 先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室，深圳 518118
2 深圳大学 物理与光电工程学院 深圳市激光工程重点实验室，深圳 518060
3 大族激光科技产业集团股份有限公司，深圳 518103
高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长，提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题，利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等，搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统，实现了最高输出功率373 W，光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。
薄片激光器 多冲程泵浦 Yb∶YAG 高效率 Thin-disk laser Multi-pass pumping Yb∶YAG High efficiency
1 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
2 山东大学光学高等研究中心，山东 青岛 266237
3 同济大学高等研究院物理科学与工程学院，上海 200092
4 江苏省先进激光材料与器件国际合作联合实验室，江苏 徐州 221116
单晶光纤（SCF）具有长径比高、比表面积大、散热好等优势，近年来成为高功率激光振荡器及放大器的选择材料之一。采用光线追迹法，模拟分析了泵浦光在Tm∶YAG SCF中的传播模式及强度分布情况。采用1.7 μm激光二极管（LD）作为泵浦源进行共振泵浦，将模式匹配和泵浦光导波传输结构相结合，实现了Tm∶YAG SCF连续激光运转，在~2.02 μm处获得了7.85 W的功率输出，对应入射泵浦功率的斜效率为46.3%。
激光器 固体激光器 共振泵浦 Tm∶YAG单晶光纤 泵浦导波
吴健宏 1,2,3杜仕峰 1,2,4,*高昀 1,2,4王海龙 1,2,4[ ... ]彭钦军 1,2,4
1 中国科学院理化技术研究所 固体激光重点实验室，北京 100190
2 中国科学院理化技术研究所 功能晶体与激光技术重点实验室，北京 100190
3 中国科学院大学，北京 100049
4 齐鲁中科光物理与工程技术研究院，山东 济南 250000
报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2 μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管（LD）侧面泵浦激光模块，提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构，包含单个激光模块，几何腔长为88 mm，整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却，在冷却温度为12 ℃条件下，获得了最高功率为119 W、波长为2.02 μm的激光输出，光?光转换效率为19.6%，斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h，功率波动小于1％，晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得x和y方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2 μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。
激光器 Tm∶YAG 棒状晶体 LD侧面泵浦 2 μm 结构紧凑 lasers Tm∶YAG rod crystal LD side-pumping 2 μm compact structure
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广州 510641
3 四川大学 材料科学与工程学院, 成都 610064
为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器, 结合密度泛函理论和晶体场理论, 对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算, 分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能, 并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明, 通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法, 共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。
激光技术 性能调控 第一性原理计算 掺杂改性 晶体生长 荧光测试 Yb∶YAG晶体 laser technique property tuning first principle calculation doping modification crystal growth fluorescent measurement Yb∶YAG crystal
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
基于Yb∶YAG单碟片模块设计并搭建了激光再生放大器，实现了重复频率为1 kHz、脉冲能量为107 mJ、脉冲宽度为1.2 ns的近衍射极限激光输出，x的光束质量因子（）和y方向的光束质量因子（）分别为1.07与1.05，光光转换效率为11%。激光中心波长为1031.7 nm，光谱宽度为2.04 nm，该光谱宽度支持将激光的脉宽压缩至735 fs。据我们所知，这是国内首次使用单碟片激光再生放大器实现重复频率为1 kHz、单脉冲能量为107 mJ的激光输出。
激光器 碟片 再生放大器 Yb∶YAG 啁啾脉冲
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
2 西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西 西安 710065
为了实现高精度绝对距离测量，提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统，获得了两路同频外差干涉信号，对其进行比相测量，得到合成波干涉条纹的小数级次；对被测距离进行粗测，可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次，从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统，实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm，其标准差为0.13 μm；当被测绝对距离为900 mm时，其重复测量平均值为899.3851 mm，标准差和测量不确定度分别为1.36 μm和4.08 μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。
大频差双腔双频Nd∶YAG激光器 正交解调Pound-Drever-Hall稳频 绝对距离干涉测量 合成波长 马赫-曾德尔干涉仪 光外差 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312025
1 西安建筑科技大学理学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所，陕西 西安 710055
以激光二极管（LD）端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点，系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。计算过程中经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm。研究结果表明：当Yb∶YAG晶体尺寸为4 mm×4 mm×1 mm，YAG晶体厚度为0.1 mm时，随着泵浦功率由60 W增加为80 W，YAG/Yb∶YAG方片晶体内最高温升明显增大，由37.19 ℃变为82.92 ℃；当YAG晶体厚度由0 mm增加为0.5 mm时，薄片晶体内最大热应力由26.93 MPa变为10.438 MPa，最高温升也随之降低了18.18 ℃，但由热应力产生的热形变基本保持不变。利用方片YAG/Yb∶YAG复合晶体能够有效降低激光晶体内最大热应力及最高温升，对全固态Yb∶YAG激光器的设计及高功率输出具有指导意义。
激光器 激光二极管 YAG/Yb∶YAG 热效应 复合晶体 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114001
