本文报道了在自动控制直径条件下大尺寸YVO4晶体的提拉法生长研究。利用改进的上称重法生长大尺寸YVO4晶体，在提拉法单晶生长过程中，晶体扩肩部分采用斜率积分模式，转肩部分采用斜率积分过渡到直径积分模式，等径部分采用直径积分模式，应用这种分段控制方式成功地实现了YVO4晶体的自动化生长。采用4台50型自动化生长炉对YVO4晶体自动化生长工艺进行了长达一年的可靠性验证，预设技术目标为晶体直径大于40 mm，等径部分长度大于30 mm，B级晶体质量达 80%以上，采用自动控制方法生长晶体毛坯共计138个，晶体直径达标率为99.3%，等径部分长度达标率为53.6%，晶体生长良品率为88.4%。本文还讨论了影响晶体等径部分长度达标率的若干工艺因素。

为了提高高重频掺钕钒酸钇激光器的放大效率, 提出了一种针对Nd∶YVO4单轴晶体的新型双程放大方式, 采用法拉第隔离器与Nd∶YVO4晶体旋转45°放置的方式, 使得种子激光在往返通过晶体时的线偏方向均为π偏振方向。结果表明, 在100W抽运功率下, 1W种子激光采用该双程放大方式的输出功率能够达到36.2W, 放大效果较之偏振片与λ/4波片组成的双程放大结构提高了41.5%。本研究对以Nd∶YVO4单轴晶体为放大级的弱种子激光放大有重要意义。

通过研究双折射晶体Nd∶YVO4的偏振特性,利用楔角为10°的Nd∶YVO4激光晶体和倍频晶体KTP(磷酸钛氧钾)在绿光激光器中构造了一个新型双折射滤波器。理论分析了KTP晶体的长度、基频光在KTP中的入射角度和KTP的温度对双折射滤波器选频的影响。实验中使用长度为4.4,5,7 mm的KTP,采用V型腔结构,最后分别获得了90,120,104 mW的单频绿光。实验结果表明,由楔形Nd∶YVO4和KTP构成的双折射滤波器成功实现了激光单纵模运转,且方法简单易行。当KTP晶体长度为5 mm时,测得楔形Nd∶YVO4/KTP激光器的单纵模运转温度范围约为5 ℃。

报道了一种锁波长914 nm共振抽运的Nd∶YVO4/LBO腔内倍频的绿光激光器,利用锁波长914 nm的半导体激光器作为抽运源,极大地提高了抽运的均匀性和抽运效率,降低了激光器的热效应,从而获得了高光束质量的532 nm激光输出。当抽运功率为18 W,调制频率为130 kHz时,获得了最高输出功率为6.7 W的绿光,入射抽运光的光-光转换效率为37.2%,对应的吸收抽运光的光-光转换效率为60%。

报道了一种由波长锁定878.6 nm LD双端抽运Nd:YVO4声光调Q激光器, 重复频率在500 kHz时具有稳定的1 064 nm脉冲激光输出。在重频为100 kHz, 晶体吸收功率58 W时, 获得18.2 W的1 064 nm激光输出, 光-光转换效率为31.3%, 脉宽为15.2 ns; 在重频为500 kHz、晶体吸收功率58 W时, 获得26.1 W的1 064 nm激光输出, 光-光转换效率为45%, 脉宽为44.2 ns, 重频在100~500 kHz下具有稳定的脉冲输出, 光束质量较传统模式下有明显提高, 并且转换效率也有提升。实验表明: 利用波长锁定878.6 nm激光二极管直接泵浦的方式, 有利于降低晶体热效应、提高光束质量, 提高光-光转换效率, 获得窄脉宽的脉冲激光输出,并且在一定的温度变化范围内具有极好的温度稳定性。

利用偏振分束器(PBS)选择性地实现a轴切割Nd∶YVO4晶体π和σ偏振的激光输出的实验研究。四方晶系Nd∶YVO4晶体偏振荧光光谱的差异, 导致了输出π和σ偏振激光的性能差别。实验中利用PBS的反射光束主动选偏, 结合激光晶体沿通光方向旋转, 分别对a轴切割Nd∶YVO4晶体的4F3/2~4I11/2和4F3/2~4I13/2能级跃迁的偏振激光性能进行测试。在11 W的入射抽运功率下, 基于4F3/2~4I11/2能级跃迁分别获得了5.5 W的π偏振1064.3 nm激光输出和4.4 W的σ偏振1066.7 nm激光输出; 基于4F3/2~4I13/2能级跃迁分别获得了2.9 W的π偏振激光输出和1.6 W的σ偏振激光输出, 但波长均为1341.8 nm。实验结果表明：a轴切割Nd∶YVO4晶体的π偏振激光输出有更高的转换效率, 而σ偏振激光输出则有更长的激光谱线。

报道了LD侧面抽运Nd∶YVO4 532 nm准连续绿光激光器。为了获得高功率的532 nm绿光输出，通过采用声光调Q技术和LD侧面抽运Nd∶YVO4技术来获得高功率线偏振的1064 nm激光输出。采用Ⅰ类相位匹配三硼酸锂(LBO)晶体腔内倍频，实现高功率532 nm激光输出。在电源输出电流为30 A、声光调Q的调制频率为20 kHz的工作条件下，获得平均输出功率为33 W的线偏振1064 nm基频光，通过LBO晶体倍频获得平均输出功率为23.5 W的532 nm绿光。1064 nm基频光到532 nm绿光的光-光转换效率达71.2%，脉冲宽度为44.3 ns，偏振比为254∶1。

报道了相同实验条件下激光二极管端面抽运生长型复合Nd:YVO4晶体声光调Q和RTP电光调Q激光器。应用声光调Q和RTP电光调Q分别实现了最高重复频率200 kHz和500 kHz的TEM00模1 064 nm激光输出, 输出平均功率分别达到12.13 W和13.56 W, 脉冲宽度分别为16.65 ns和27.27 ns, 并首次对比了两种调Q体制下的高重频激光输出特性。实验结果表明, RTP电光调Q具有更好的高重频关断能力, 但由于受到高压驱动的限制, RTP电光调Q无法在更高重复频率下实现窄脉宽高峰值功率激光输出, 而在更高重频下仍有较好输出性能的声光调Q将取代电光调Q成为几百千甚至上兆Hz高重频激光器的首选调Q机制。

为了实现在高重复频率调Q的同时, 又有好的光束质量。实验设计了激光二极管抽运的高重复频率、高功率的主功率放大(MOPA)结构激光器, 激光器采用声-光调Q , 主振荡功率放大+二级放大的结构。优化了主功率放大(MOPA)激光器的结构和相关参数, 完成了关于高功率高重频主功率放大(MOPA)结构激光器的实验研究, 并且通过合理排列光学元件在谐振腔中的位置来实现光束质量的提高, 利用聚焦镜和狭缝来实现激光模式的匹配。在重复频率为50 kHz时, 实现了最高功率为51.3 W, 输出脉宽为18.62 ns, 光束质量为M■■=1.882、M■■=1.971的激光输出, 光-光转换效率为23.75%。在增益导引的作用下, 主振荡功率放大(MOPA)激光器的输出光光束质量得到了有效的提高。