随着超快激光“冷加工”技术的发展, 超快激光逐渐开始应用于文物保护领域。针对古城墙文物表面污染物清洗的应用需求, 制作类城墙的大理石文物及表面污染物模拟样品, 进行基于皮秒激光的文物样品清洗实验研究, 并与纳秒激光清洗的效果进行对比。实验中采用共聚焦显微镜观测和荧光能谱仪成分分析等手段, 改变激光输出能量, 清洗次数和扫描速度等激光清洗参数, 在不损伤大理石基底并综合考虑清洗效率和清洗效果基础上, 寻找优化实验参数。实验发现皮秒激光清洗优化参数为激光功率18W, 扫描速度1000mm/s, 清洗次数8次。清洗后主要污染物硫元素占比下降94.57%, 清洗后区域表面粗糙度为1.267μm。综合考虑清洗后污染物成分占比、表面粗糙度等方面, 皮秒激光清洗大理石文物样品的整体效果优于纳秒激光清洗区域。

脉冲宽度为皮秒级的紫外激光, 拥有极窄的脉冲宽度, 可在短时间内破坏物质的分子键, 缩短了与物质相互作用的时间, 同时具有较强的时间分辨率。为了获得皮秒级脉冲宽度的短波紫外激光, 本文设计了一种皮秒光纤-固体混合放大213 nm激光器。采用重复频率为5 MHz、脉冲宽度为52 ps、平均功率为2.5 W的1 064 nm光纤激光器作为种子源, 经过两级端面泵浦的Nd∶YVO4晶体组成的放大器对种子光进行放大, 得到了平均功率为10.5 W的1 064 nm基频光输出。再将混合放大后得到的基频光及其四倍频后获得的266 nm激光在BBO晶体内进行和频, 最终输出213 nm紫外激光。混合放大后获得的基频光经过多级非线性转换, 最终输出脉冲宽度为690 ps、平均功率为61 mW的213 nm紫外激光, 非线性转换效率达到0.58%。

新兴的量子密码技术对激光器提出了新的要求。为了满足要求,设计了一种高速内调制 半导体激光器。利用专门设计的脉冲整形电路,将输入的触发信号经过扇出电路分成两路,分 别经过延时电路产生不同的延时,利用逻辑电路将两路信号转换成窄脉冲信号,通过射频放大 电路驱动激光器发光,使输出光脉冲频率达到1 GHz, 脉冲宽度小于24 ps, 时间抖动小于12 ps, -10 dB谱线宽度仅0.7 nm, 输出光波长和功率稳定性高。所研制激光器可满足频率达1 GHz的高速量子密钥分配的需求。

高功率皮秒紫外激光器在高精密加工、激光医疗、光电对抗和光伏产业等领域有重要应用, 近年来成为固体激光新光源研究热点。本文对国内外基于和频技术的高功率皮秒紫外激光器研究新进展进行了归纳和总结。首先, 阐述了和频工作原理, 介绍了和频产生皮秒紫外激光的非线性晶体; 然后, 介绍了国内外高功率皮秒紫外激光器的新进展, 包括: 高功率皮秒紫外激光器、高峰值功率皮秒紫外激光器、高功率和高峰值功率皮秒紫外激光器。最后, 展望了高功率皮秒紫外激光器的进一步发展及应用。归纳和总结表明: 高功率皮秒紫外激光器在国外较成熟, 国内在该领域的研究刚刚起步。光子晶体光纤和碟片激光器输出基频光的皮秒紫外激光器有突出的优势, 已成为皮秒紫外激光产业的主力军。

百千赫兹量级测量重复频率和亚厘米量级测量精度的脉冲激光测距系统是激光测距领域的研究热点之一。分析研究了基于皮秒脉冲激光器的激光测距系统的实现原理和方法，针对激光脉宽极窄的特点，使用双阈值前沿时刻鉴别法和电压比较器输出数字信号的脉宽控制方法，并配合TDC-GPX高精度时间数字转换芯片，达到了设计要求。实验结果表明：测距系统工作稳定可靠，测量重复频率达到500 kHz，单次测距精度范围为[4 mm, 10 mm]。

报道了通过激光二极管(LD)单端抽运Nd∶YVO4晶体的三级功率放大系统，获得稳定的平均功率21 W以上的1064 nm皮秒激光输出。当重复频率为56 MHz、平均功率为4 W的皮秒种子脉冲注入时，经过三级功率放大，最高功率达26 W，光光转换效率达25%。皮秒单脉冲宽度为17 ps，连续1 h内的功率不稳定性小于2%，光束质量M2为1.5。采用RbTiOPO4(RTP)电光开关作为打标开关，实现主从脉冲比达2101以上，可以满足打标机的需要。

报道了一种被动皮秒对撞脉冲锁模Nd: YAG激光器的腔型及应用情况。用这样的对撞锁模脉冲激光器来标定皮秒条纹相机的非线性和触发晃动等得到了很好的结果。 同时用条纹相机探测激光脉冲宽度也可以得到比示波器等设备准确的结果,最后得到输出脉冲宽度为10 ps左右, 比通常的反射式被动锁模脉冲宽度要窄3?5倍。