双腔主振荡功率放大器可产生高功率和强度截面在空间与时间域均可控的激光束(2017, Issue 12)

在材料加工应用领域,到达加工件的激光束强度分布决定了诱导损伤区的结构以及对损伤区周围的影响,因此对针对激光束的强度截面进行剪裁将很具吸引力。此外,如果能对激光束的强度截面施加时间上的调制,这在激光加工质量的精细化管理、以及在时间域和空间域上对粒子精细操控等诸多领域内有重要价值。

最近,韩国汉阳大学ERICA校区的Ji Won Kim教授课题组提出了一种双腔激光结构的新型激光系统。这种结构的创新之处在于,通过简单调节整副腔的振荡损失,它的主腔可以产生具有期望强度截面的激光输出。他们的实验已可产生TEM00或LG0n模式的激光输出,也可以通过调节副腔得到甜甜圈状和类似平顶帽状的激光束输出,这证明了该激光器结构的有效性。这种结构简单灵活且成本低,但激光功率的标定仍然是个挑战。

之后,作者团队克服了这个困难,利用精心设计的三级端面抽运Nd:YVO4放大系统对Nd:YAG双腔主振荡器的激光输出进行了有效的定标。通过调整声光调制器的衍射损失,在1-100 Hz重复频率范围内对实现了输出激光束的强度截面的时间调制。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2017年第12期上(S. H. Noh et al., High power generation of adaptive laser beams in a Nd:YVO4 MOPA system)。

“这种激光结构简单、灵活并且成本低,将有益于一系列需要具有高功率,且具有定制强度截面或时变强度截面的激光束的应用。”该课题组的Ji Won Kim教授说道。

他们接下来的工作将会集中在所建议结构的脉冲的模式运转,例如通过调Q和锁模,以产生高峰值的脉冲输出,并探索获得快速横向模式切换的途径。

和Nd:YAG双腔主振荡器组合的三级Nd:YVO4放大器。所采用的光斑截面在放大器中得很好的保持(左下图),同时输出光束强度截面可以被时域调制(右下图)。