高放大倍率单频NdBYAG激光系统
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高重复频率电光调Q全固态激光器研究进展页数:6
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高峰值功率大能量Nd_Ce_YAG激光器的研究 (1)
第5卷 第2期 2007年4月光学与光电技术O PT ICS &OP T O EL ECT RO NI C T ECH N OL OG YVo l.5,No.2 A pril,2007收稿日期 2006-09-15; 收到修改稿日期 2006-10-28作者简介 任竞骁(1978-),男,硕士研究生,主要从事固体激光器的研究工作。
E -mail:123@文章编号:1672-3392(2007)02-0025-02高峰值功率大能量Nd B Ce B YAG 激光器的研究任竞骁 叶 艾 张红波 陈 伟(华中光电技术研究所,武汉430073)摘要 将氙灯抽运Nd:Ce:YAG 激光器作为主振荡器,一级抽运Nd B YA G 放大,实现了能量为1.8J,脉宽为8ns,束散角为2.3m rad,重复频率为20H z 的激光输出,峰值功率达0.22GW 。
该激光器体积更小,效率更高,可靠性更强。
关键词 高峰值功率;双Q 开关;双程放大中图分类号 TN248 文献标识码 A1 引 言近年来,远程激光测距、激光软杀伤、光电对抗等领域对高峰值功率激光输出功率的要求越来越高[1]。
目前研制的高功率固体激光器多采用二极管抽运激光器作为主振荡级,经氙灯抽运的激光放大器(MOPA)功率放大后进行并联和束的方法输出[1],或者直接采用多级二极管抽运(高达7~8级)功率放大的技术输出[2]。
采用二极管抽运的主振荡器输出能量较低且结构复杂,为达到高功率输出,致使激光器放大级级数较多,整机体积庞大,调整要求很高,严重制约了高功率激光器的应用。
为此,需要研制具有光路结构简单、级数少、体积小、电光转换效率高等优点,符合小型化、轻型化要求[3]的高峰值功率大能量激光器。
2 系统设计采取的设计方案是将氙灯抽运的双Q 开关Nd B Ce B YAG 激光器作为主振荡器,功率放大器采用双程放大工作结构,主要解决热退偏,以及消除激光器自激等问题。
Nd：YAG激光器调Q激光束的放大特性
Nd:YAG激光器调Q激光束的放大特性实验目的：1. 了解固体激光器的自由振荡输出特性2. 了解调Q技术以及调Q激光输出特性3. 了解固体激光器的应用4. 掌握固体激光器的光路调整实验原理：1. 自由振荡激光输出特性通常激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转粒子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上能级的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很大的反转粒子数，只能被限制在阈值反转数附近，当低于阈值时又开始准备第二次振荡。
这使得自由振荡固体激光器的输出是由许多振幅、脉宽和间隔作随即变化的尖峰脉冲组成，尖峰脉宽非常窄（微秒量级），间隔数微秒，脉冲序列的时间长度大致等于闪光灯泵浦持续时间。
激光器的输出能量分散在这样一串脉冲中，因而不可能有很高的峰值功率，增大泵浦能量时也无助于峰值功率的提高，只会使小尖峰数量增加。
2. 调Q技术激光上能级最大粒子反转数受到激光器阈值的限制，因此可设法改变激光器的阈值来实现上能级积累大量的反转粒子。
由激光振荡阈值条件可知临界阈值与谐振腔Q值成反比。
Q 值为谐振腔的品质因数，当波长和腔长一定时，Q与谐振腔的损耗成反比，即损耗大，Q值就低，阈值高而不易起振；当损耗小，Q值就高，阈值低而易起振。
调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化的技术。
本实验通过Q 晶体改变谐振腔的阈值（或Q值）。
泵浦开始时，使光腔处于低Q值，即提高振荡阈值使激光器不产生激光振荡，于是上能级反转粒子数便可大量积累，当积累达到最大值时，突然使腔的损耗减小，Q值突增，激光振荡迅速建立，在极短时间内上能级的反转粒子被消耗，受激辐射增强非常迅速，在腔的输出端形成一个峰值功率很高、脉冲宽度很窄的单一脉冲激光。
实验中所用Q晶体为Cr4+:YAG晶体，有自饱和吸收特性，对光的吸收损耗在其饱和之前很大，达到饱和之后则瞬间降低至接近于零，这样就起到了调Q的作用。
这是一种被动调Q技术。
实验装置1. He-Ne激光器2. 小孔光阑3. 1064nm全反凹面镜M14. Cr4+:YAG调Q晶体5. Nd:YAG振荡棒6. 输出镜M27. Nd:YAG放大棒8. 平板玻璃9. 能量计图1 实验光路示意图本实验采用两组Nd:Y AG晶体和泵浦氙灯，前组为振荡级，后组为放大级。
Nd∶YAG激光器的特性及应用
激光是60 年代初出现的一种新型光源,激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性,引起普遍重视,并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。
激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物,激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代,随着新型激光器的研制成功,激光与医疗、生物组织科学紧密结合,研究范围日益扩大。
Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点,在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的, 不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用,可以获得良好的疗效。
医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛,特别是治疗皮肤色素性疾病,有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点,本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用,使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。
一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统,称为激光器。
一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。
自1960 年第一台激光器诞生以来,已有上百种激光器问世。
形形色色的激光器彼此之间差异极大,根据产生激光的工作物质,有气体、液体、固体和半导体激光器等。
固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器,工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料,而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。
但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。
用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。
发光粒子称为激活离子,最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。
例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石,就是掺入极少量铬离子的刚玉。
以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG) 晶体为工作物质的激光器,称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。
NdYAG激光器倍频特性 实验报告
Nd:YAG激光器倍频特性实验报告Nd:YAG激光倍频特性实验目的：1. 了解二次非线性光学效应 2. 了解二倍频晶体中相位匹配实验原理：当强光与物质作用后，表征光学的许多参量如折射率、吸收系数、散射截面等不再是常数，而是一个与入射光有关的变量，相应也出现了在线性光学中观察不到的许多新的光学现象，非线性光学的产生与研究大大加深了我们对光与物质相互作用本质的认识，同时也具有极其重要的实用价值。
1. 光学倍频光学倍频又称二次谐波，指在非线性介质中传播频率为ν的激光，其中一部分能量转换到频率为2ν的光波中去，使在介质中传播的有频率为ν和2ν两种光波。
从量化概念来说，这相当于两个光子在非线性介质内发生湮灭，并产生倍频光子的现象。
在倍频过程中满足能量守恒何动量守恒定律。
2. 二次谐波的效率由基波的能量（功率）转换成二次谐波的能量（功率）的比值，反映了介质的二次谐波效率，为：??I2?I?常用二次谐波非线性材料有KDP倍频晶体和KTP倍频晶体等。
KTP晶体性能优于KDP 晶体，非线性系数是后者的15倍，光损伤阈值也高（大于400mW/cm2）。
3. 相位匹配相位匹配物理实质是：基频光在晶体中沿途各点激发的倍频光，在出射面产生干涉，只有相位匹配时才可干涉增强，达到好的倍频效率。
相位匹配要求基频光和倍频光在晶体中的传播速度相等，即折射率相等，对于双折射晶体，基频光在晶体面上的入射则需要一定的角度相位匹配。
实验中，KTP晶体是加工好的，只需垂直晶体面入射即可满足相位匹配条件。
实验装置1 2 3 4 5 6 7 10 8 9 1. He-Ne激光器 5. Nd:YAG振荡棒2. 小孔光阑3. 1064nm全反凹面镜M14. Cr:YAG调Q晶体9. 能量计 10. KTP晶体4+6. 输出镜M27. Nd:YAG放大棒8. 平板玻璃图1 实验光路示意图本实验采用与“Nd:YAG激光器调Q激光束放大特性”相同的实验装置，倍频晶体放置于放大级输出端后方。
LD端面泵浦NdYAGBIBO单模蓝光激光器
作的平 2凹谐振腔结构 ,在泵浦功率为 2. 2 W 的情况 下 ,得到了 26. 5 mw 的 473 nm 稳定单模蓝光输出 , 光光转化效率约 1. 4% ,三个小时内功率波动小于
±5% ,为下一步蓝光激光器的产品化提供了理论依 据 ,我们将进一步分析影响输出效率的因素 ,提高蓝 光激光器的输出功率及长期工作稳定性 。
出现晶畴 ,而且价格昂贵 ; BBO 的有效非线性系数较
大 ,但位相匹配角度范围窄 ,走离效应严重 ,激光输
出呈椭圆形 ; LBO 晶体有良好的物理化学性质 ,损伤
阈值很高 ,接收角大 ,走离角小 ,但有效非线性系数
和倍频效率较低 。而偏硼酸铋 (B IBO )是一种新的
性能非常优秀的非线性光学晶体 ,除了具有物理化
对 (1)式中长度 l求导得到 :
f1
N
σ
0
α
= 1
exp ( - αl) - exp ( - αl)
f1
N
σ
0
l
+
L 2
+T 最佳增益介质长度约 2
mm。
1. 2 倍频晶体的选择
当前 ,常用于 946 nm 倍频得到 473 nm 激光的
非线 性 晶 体 有 : KNbO3 、BBO、LBO、B IBO。其 中 , KNbO3 晶体的有效非线性系数最大 、走离角小 ,原则 上讲是首选晶体 ,但它的温度接受角度窄 ,使用中易
摘要 : 从理论上分析了准三能级系统 946 nmNd: YAG全固态激光器运转的条件 ,并比较了几种不同的倍频晶体 的特性 ,给出内腔倍频获得 473 nm蓝光发射的方案 。用波长 808 nm、输出功率为 2. 2 W 的半导体激光器泵浦 Nd: YAG,采用内腔倍频的方法 ,在一定的温度下 ,用 Ⅰ类临界相位匹配 B IBO 晶体倍频获得了 473 nm 26. 5 mW 的单模连续蓝色激光输出 ,功率波动小于 ±5%。 关键词 : 准三能级 ; LD 泵浦 ; 内腔倍频 ; 473 nm全固态蓝光激光器 中图分类号 : O431 文献标识码 : A
Nd：YAG倍频660nm红光激光器的研究的开题报告
Nd：YAG倍频660nm红光激光器的研究的开题报告开题报告题目：Nd：YAG倍频660nm红光激光器的研究学生姓名：XXX指导教师：XXX一、研究背景和研究意义红光激光器是现代激光技术中应用最为广泛的一类激光器之一。
其主要应用于激光医疗、生物医学、干涉测量等领域。
由于红外激光器的应用普及程度较高，因此伴随着对红光激光器的研究逐渐深入，对于红光激光器的研究也呈逐年上升的趋势。
Nd：YAG倍频660nm红光激光器是一种利用Nd：YAG水晶作为激光介质，通过倍频晶体制造出660nm的红光激光器。
这种激光器具有体积小、功率稳定、波长准确等特点，适用于微型化、便携式激光器的制造，因此其在传感技术、医疗美容、光学通信等领域有广泛的应用前景。
因此，研究Nd：YAG倍频660nm红光激光器具有重要的理论和应用价值。
二、研究内容和研究方法本研究的主要内容是研究Nd:YAG倍频660nm红光激光器的设备结构、性能参数以及光谱特性，并通过搭建实验平台，进行实验验证。
（1）设备结构研究：对Nd:YAG倍频660nm红光激光器的设备结构进行研究，了解其内部构造和元器件的基本性能。
（2）性能参数研究：测量Nd:YAG倍频660nm红光激光器的输出功率、波长、脉宽等性能参数，进一步探究其性能特点及优化方式。
（3）光谱特性研究：通过测量Nd:YAG倍频660nm红光激光器的光谱特性，分析其谱线形状以及有效峰值功率等特性。
研究方法：使用CNC切割机加工各种元器件，搭建Nd:YAG倍频660nm红光激光器实验平台，通过实验测试其性能参数和光谱特性。
同时，还将使用有限元分析软件对其进行模拟分析，并通过对模拟分析数据的分析来进一步优化激光器的性能。
三、研究进度和计划安排目前为前期调研和设备采购阶段，计划年底前完成设备采购和实验平台的搭建。
明年前两个月进行设备结构研究和性能参数研究，三月中旬开始光谱特性研究。
四月进行有限元分析，并对激光器进行性能优化。
二极管泵浦1064nm单频Nd:YAG激光器输出功率稳定控制系统设计
二极管泵浦1064nm单频Nd：YAG激光器输出功率稳定控制系统设计郑毅;邢俊红;焦明星;王为梁【摘要】介绍了激光二极管(LD)端面泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的工作原理和结构特点,分析了影响这种固体激光器输出功率稳定性的主要因素,设计并实验研究了一种用于稳定该激光器输出功率的控制方案.该方案在严格控制LD和Nd:YAG晶体工作温度的条件下,当单频Nd:YAG激光器的输出功率波动时,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一变化规律,利用获得的功率误差信号反馈控制LD的注入电流,即可稳定单频Nd:YAG激光器的输出功率.实验结果表明:当LD泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的输出功率约为11.5 mW时,采用所设计的控制系统,可使激光输出功率稳定性在130 min内优于1.3%.%The stability of laser output power is one of the important parameters to evaluate the laser performance. This paper introduced the operation principle and the structural features of a laser-diode (LD) end-pumped single-frequency Nd∶YAG laser at 1 064 nm , analyzed the main factors that affected the stability of the Nd'YAG laser output power , proposed and experimentally studied a control scheme for stabilizing the Nd∶ YAG laser output power. Since the output power of the Nd∶YAG lase r was proportional to the LD's injection current when the temperature of the LD and the Nd∶YAG crystal rod was stable, the control scheme strictly controlled the temperature of the LD and the Nd'YAG crystal rod, and the LD's injection current was adjusted through a negative feedback control system when the Nd∶YAG laser output power fluctuated. The experimental results indicated that when theoutput power of the LD-pumped single-frequency Nd∶YAG laser at 1 064 nm was about 11. 5 mW, the laser output power stability was better than 1. 3％ within 130 min using the designed control system.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】6页(P791-796)【关键词】功率稳定性;单频激光器;Nd:YAG晶体;反馈控制;ADuC848微处理器【作者】郑毅;邢俊红;焦明星;王为梁【作者单位】西安理工大学,机械与精密仪器工程学院精密仪器系,陕西,西安,710048;西安理工大学,机械与精密仪器工程学院精密仪器系,陕西,西安,710048;西安理工大学,机械与精密仪器工程学院精密仪器系,陕西,西安,710048;西安理工大学,机械与精密仪器工程学院精密仪器系,陕西,西安,710048【正文语种】中文【中图分类】TN249引言1 LD泵浦1 064 nm单频Nd∶YA G激光器的工作原理及系统组成1.1 双折射滤光片选模原理双折射滤光片在LD泵浦1 064 nm单频Nd∶YA G激光器中起到纵模选择与偏振控制的双重作用,它以其插入损耗小、组合形式简单多样等优点而倍受重视,并获得广泛应用[6-9]。
LD端面泵浦Nd：YAG板条激光振荡放大器
LD端面泵浦Nd：YAG板条激光振荡放大器摘要：本文提出了一种LD端面泵浦Nd:YAG板条激光振荡放大器的设计方法，通过对激光传播过程中的损耗和增益的分析，优化了激光的传输路径和参数，实现了高效、稳定的激光放大效果。
该设计方法能够满足激光器在工业制造、医疗、科学研究等领域的需求。
关键词：LD端面泵浦；Nd:YAG板条；激光振荡放大器；传输路径；激光放大效果一、引言激光器作为一种重要的光学器件，在工业、医疗、科学研究等领域都具有广泛的应用。
其中，基于固体激光材料的激光器因具有高效、稳定、易于制备等优点而得到了广泛的应用。
Nd:YAG是一种常用的激光材料，其具有高的吸收截面和较长的荧光寿命，在激光振荡放大器中被广泛运用。
其中，板条结构是一种常见的放大器结构，其具有高的增益和较小的晶体内部损耗，因此得到越来越广泛的应用。
二、激光器设计2.1 激光器结构本文设计的激光器结构如图1所示，其采用了LD端面泵浦的方式，将激光从激光二极管(LD)发出后，通过透过镜和反射镜对激光进行聚焦和反射，使其集中到Nd:YAG板条的表面，激发Nd3+的荧光，实现激光振荡放大。
经过板条反射镜反射后，激光在板条中反复多次来回传播，最终从输出端口输出。
2.2 激光传输路径激光传输路径的选择对激光放大效果有着重要的影响。
在本文的设计中，我们采用了下列路径：LD透过镜→板条→板条反射镜→板条→板条反射镜→输出端口其中，板条反射镜的作用是将激光反射回板条中，以提高激光增益。
透过镜的作用是将激光从LD二极管发出的小角度扩大至板条的宽度，同时消除横向模式间的间隔，以确保激光被有效地吸收和放大。
2.3 激光放大效果激光放大效果是衡量激光器性能的重要指标之一。
在本文设计的激光器中，我们选择了Nd3+3F4→4I11/2和4I13/2→4I15/2之间的跃迁，其具有高的放大截面和较长的荧光寿命，能够实现高效的激光放大效果。
同时，我们通过调节LD电流和LD透过镜的位置，使得激光的光斑大小和注入模式得到最优化。
1.8 mJ高倍率Nd:YAG板条皮秒激光放大器
1.8 mJ高倍率Nd：YAG板条皮秒激光放大器
王金川;李密;杜佳林;汪丹;李腾龙;王君涛;周唐建;尚建力;高清松
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2022(34)6
【摘要】设计了一种高倍率的固体皮秒脉冲激光放大器,采用Nd:YAG板条作为激光增益介质。
借助板条结构的角度选通结构,搭建了板条五通放大系统,实现了对注入皮秒脉冲激光的高倍率放大。
种子源工作在脉冲模式,放大器泵浦源在连续模式工作。
皮秒光纤激光器可以在不同的重复频率下工作,脉冲宽度为13.4 ps。
种子光经过隔离和耦合系统之后,注入板条的单脉冲能量为25 nJ。
当种子源工作重复频率为24.46 MHz时,板条放大器输出平均功率377 W,单脉冲能量15.5μJ;当种子源工作重复频率为49.8 kHz时,板条放大器输出平均功率89 W,单脉冲能量1.8 mJ,峰值功率为134 MW,放大倍率达到7.2×10^(4)。
【总页数】7页(P1-7)
【作者】王金川;李密;杜佳林;汪丹;李腾龙;王君涛;周唐建;尚建力;高清松
【作者单位】中国工程物理研究院应用电子学研究所;中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室;中国工程物理研究院研究生院
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1
【相关文献】
1.YAG板条激光振荡—放大器（MOPA）的实验研究
2.皮秒和纳秒YAG脉冲激光离体血管成形术的实验研究
3.基于大基模体积的10 mJ飞秒钛宝石激光再生放大器
4.18mJ,100Hz飞秒钛宝石激光放大器
5.高重频大能量亚纳秒板条激光放大器研究
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1J倍频Nd∶YAG激光器
1J倍频Nd∶YAG激光器
曹三松;张向阳;黄燕琳;李光荣;苏心智
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2003(027)002
【摘要】报道了倍频Nd∶YAG固体激光器的研究结果,激光器系统由一级板条Nd∶YAG激光振荡器、三级板条放大器和KTP倍频晶体等构成,输出倍频激光能量大于1J,脉冲重复频率1Hz,脉冲宽度6ns～9ns,倍频效率约为48%.
【总页数】3页(P101-102,105)
【作者】曹三松;张向阳;黄燕琳;李光荣;苏心智
【作者单位】西南技术物理研究所,成都,610041;西南技术物理研究所,成
都,610041;西南技术物理研究所,成都,610041;西南技术物理研究所,成都,610041;西南技术物理研究所,成都,610041
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1+3
【相关文献】
1.参考谱线法测量倍频Nd:YAG激光器调谐波长的研究 [J], 王晟;刘晶儒;胡志云;张振荣;张立荣;叶景峰;叶锡生
2.输出能量1J的具有侧泵棒状结构的二极管阵列泵浦的Nd：YAG激光器 [J], Kasi,JJ;花吉珍
3.1J高光束质量免水冷脉冲Nd:YAG激光器 [J], 刘学胜; 杨松; 司汉英; 邹吉跃; 闫岸如; 王聪聪; 刘友强; 王智勇
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5.三倍频Nd:YAG激光器不同扫描速度对猪脱细胞真皮基质微孔孔径的影响 [J], 梁黎明;柴家科;孙强;宗小军;陈继民
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1 Nort h Chi na Resear ch I nsti tute of Op t ic-Elect ronic, Beij ing 100015 2 Shanghai I nsti tute of Op t ics and Fi ne Mechanics, T he Chinese A cademy of Sciences , Shanghai 201800
了多级光隔离措施。
3. 3 同步电子线路
单频种子激光器工作在 100 H z, 放大器工作在
1 H z, 因此使用独立的 100 Hz 信号源, 一路驱动单 频种子激光器, 另一路经 100 分频到 1 H z 用以驱动
四路放大器。为了达到最佳放大效果, 单频种子激
光器与放大器之间延时精密可调。采用 15 MHz 晶
( 华北光电技术研究所, 北京 100015)
钱列加
( 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800)
提要 采用主振荡放大( M OPA ) 单频 N dBYAG 系统, 对 1 LJ, 22 ns 的单频脉冲激光种 子, 经四 级六次放 大, 最终 获
得了大于 100 mJ, 近衍射极限的单频激光输出。
能够起振。在微片谐振腔及动态损耗光栅的双重作
用下能够获得 100% 几率的单频种子激光。抽运源
采用 2 W 808 nm 二极管激光器。利用此系统ns, 单脉冲能量 1 LJ 的
单频种子激光, 线宽为 120 MHz[ 4] 。利用高精度光
束质量分析仪测得光束质量为
器 11, 二分之一波片 13 组成第二个光隔离器, 在预
放大级和主放大级之间起光隔离作用, 防止从放大 器 3, 放大器 4 后向传输的光进入预放大级, 引起自
激振荡, 第一个光隔离器的作用是防止由于预放大
级的逆向传播的种子光再次回到单频种子源, 引起 系统不稳定。
设计时充分考虑到此系统的高放大倍率( 高达 106 ) , 加之 NdBYA G 的高增益特性, 在系统里采用
M
2 x
=
11 16,
M
2 y
=
1. 17。 3. 2 高倍率激光放大器
由以上理论分析可知, 为了获得 106 倍的高放
大倍率, 需要经过 6 次放大。为了简化系统, 可以采
用 4 个放大器进行 6 次放大。实 验装置如图 1 所 示, 微焦耳级的单频种子激光 1 先经扩束镜 2 扩束
5 倍, 通过由偏振片 3 和 45b法拉第旋光器 4, 二分之
图 1 高倍率激光放大器实验装置 F ig. 1 Exper imental configuration of high magnification
am pli fi er 1: single-longit udina-l mode seeder; 2: expander; 3: polarizer; 4: 45b Faraday rot at ors; 5: KP2 w ave plat e; 6: polarizer; 7: 1st amplifier; 8: 2nd amplifier; 9: KP4 w ave plat e; 10: reflection mirror; 11: 45b Faraday rot at ors; 12: ref lect ion mirror; 13: KP2
2 理论分析
由于种子激光的脉冲能量为微焦耳量级, 最终 需要获得 100 mJ 量级的放大输出, 根据激光放大理 论, 可以 用小信号增益 理论处理整个放 大过程[ 2] 。
系统总的放大倍数应为 105 , 考虑到光路中众多光 学元器件的表面反射、通过损耗以及在传输过程中 的衍射损耗, 将总放大倍率设定 为 106。在小信号 增益情况下, 信号光单次通过 YAG 棒的单程增益 表示为
YAG 棒的单程增益为 10。由此知道需要经过 6 次 放大总增益才能够达到 106。
3 实验装置及结果
系统由产生单频种子激光的调 Q NdBYAG 激 光振荡器和灯抽运的高倍率放大器及系统时间同步
收稿日期: 2001- 04- 23; 收到修改稿 日期: 2001- 06- 17 作者简介: 彭海波( 1971 ) ) , 男, 工程师, 博士, 主要从事固体激光技术及非线性光学研究 。E- mail: davidpeng@ 95777. com
Abstract T he design and ex periment results of M OPA single longitudinal mo de NdB YAG laser ar e introduced. T he seeder laser with 1 LJ, 22 ns is amplifed for six times. M ore t han 100 mJ, near diffraction- limited laser beam is obtained. Key words M OPA , single- longitudina-l mode, N dBYAG solid-state laser, high mag nification
关键词 M OPA, 单频, N dBY AG 固体激光器, 高放大倍率
中图分类号 T N 248. 1+ 3
文献标识码 A
Single-longitudinal-mode, High Magnification NdBYAG Amplifier
P ENG H a-i bo1 , ZHOU Shou- huan1 , ZHAO Hong1, JIANG Dong- sheng1 , Q IAN L ie- jia2
1引言
宽带激光参量放大器用于飞秒啁啾脉冲激光放 大( OPCPA) 技术可大幅度提高输出功率和 光束质 量[ 1] 。OPCPA 的 CPA 部分对展宽纳秒啁啾脉冲进 行放大, 能够从放大器有效提取高能量。展宽的纳 秒啁啾脉冲能量在 1 LJ 左右, 为了实现有效的光参 量放大( OPA) , 微弱的纳秒啁啾脉冲必须先被预放 大到百毫焦耳量级。为了验证 OPCPA 方案, 我们 对光参量啁啾放大( CPA) 的预放大进行了研究。设 计了一套放大系统, 进行预放大实验模拟研究。在 实验中, 我们对系统的放大结构、放大倍率、光隔离 措施等进行了优化, 取得了较好的实验结果。
偏振方向转过 90b, 种子光被偏振片 6 反射, 通过 45b
法拉第旋光器 11, 被反射镜 12 反射, 经过二分之一 波片 13, 进 入布儒 斯特角 放置的 放大 器 14 ( < 10
mm @ 100 mm) , 放大器 15 ( < 10 mm @ 100 m m) 进
行主功率放大。在这里, 偏 振片 6, 45b法拉第旋光
7期
彭海波 等: 高放大倍率单频 N dBYAG 激光系统
581
电子线路组成。
3. 1 单频种子激光
获得单频的方法是使用微片激光器, 即腔的长 度短到足以只让少数几个 纵模起振, 通过 Cr, NdB
YAG 可饱和吸收体来实现调 Q, 同时 Cr, NdBYAG 可饱和吸收体中还存在一动态损耗光栅[ 4] , 它对不 同的纵模具有不同的损耗, 只有损耗较小的纵模才
w ave plat e; 14: 3rd ampl if ier; 15: 4t h amplifier
先用种子激光准直预放大器、主放大器以及各 光隔离器, 尤其是要将光隔离器的隔离消光比调节 到较好状态。然后让预 放大级与种子 激光同步工 作, 在低抽运水平下对种子激光进行放大, 让被预放 的种子光回到偏振片 6 处, 一方面用能量计检测被 放大种子光的脉冲能量, 调节级间延时找到最佳延 时, 另一方面在偏振片 3 处监测反射光的脉冲能量, 调节四分之一波片找到最佳位置。然后增加放大器 7, 放大器 8 的抽运能量, 直到观察到自激振荡为止, 反复调节第一 级光隔离器的消光比及 四分之一波
将被预放大后的种子激光放入主放大级, 调节 二分之一波片( 13) 使得经预放后的种子激光 100% 通过布儒斯特角放置的放大器 14 和 15, 同 时小角 度调节反射镜 10。主放大器的调节主要考 虑尽量 减小由于各光学元件的表面反射造成的反馈光回到 预放大级, 当放大器 14 和 15 的抽运能量均为 30 J 时( 将主放大器的各参数代入公式( 1) , 计算出单程 小信号增益为 100 倍) , 最终的输出能量为 100 mJ, 即实际的放大倍率为 30 倍。脉冲宽度为 21149 ns ( 图 3) , 放大后的激光光斑见图 4。在这里, 理论计 算与实际的放大倍率的差别原因主要在于: 当四个
一波片 5, 偏振片 6 组成的第一个单向光隔离器进 入放大器 7 ( < 7 mm @ 100 mm) , 放大器 8 ( < 7 mm
@ 100 mm ) 经过两次预放, 然后通过四分之一波片
9, 由凹面反射镜 10( 曲率半径 10 m) 反射, 沿原光路
返回, 再次通过四分之一 波片 9, 放大器 8, 放 大器 7。由于两次通过四分之一波片, 被放大的种子光的
振作为时间基准的延时电路来精确调节级间延时, 延时精度为 66 ns。
3. 4 实验结果
单频种子激光 器输出的 激光脉宽 为 22128 ns
( 图 2) ,
单脉冲能量为
1
LJ,
光束质量为
M
2 x
=
1.
16[ 3 ]
,
M
2 y
=
1. 17。
图 2 单频种子 激光脉冲波形 Fig. 2 Pulse shape of seeder laser
第 29 卷 第 7 期 2002 年 7 月
中 国激光 CHINESE JOURNAL OF LASERS
文章编号: 0258- 7025( 2002) 07-0580- 03
了多级光隔离措施。
3. 3 同步电子线路
单频种子激光器工作在 100 H z, 放大器工作在
1 H z, 因此使用独立的 100 Hz 信号源, 一路驱动单 频种子激光器, 另一路经 100 分频到 1 H z 用以驱动
四路放大器。为了达到最佳放大效果, 单频种子激
光器与放大器之间延时精密可调。采用 15 MHz 晶
( 华北光电技术研究所, 北京 100015)
钱列加
( 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800)
提要 采用主振荡放大( M OPA ) 单频 N dBYAG 系统, 对 1 LJ, 22 ns 的单频脉冲激光种 子, 经四 级六次放 大, 最终 获
得了大于 100 mJ, 近衍射极限的单频激光输出。
能够起振。在微片谐振腔及动态损耗光栅的双重作
用下能够获得 100% 几率的单频种子激光。抽运源
采用 2 W 808 nm 二极管激光器。利用此系统ns, 单脉冲能量 1 LJ 的
单频种子激光, 线宽为 120 MHz[ 4] 。利用高精度光
束质量分析仪测得光束质量为
器 11, 二分之一波片 13 组成第二个光隔离器, 在预
放大级和主放大级之间起光隔离作用, 防止从放大 器 3, 放大器 4 后向传输的光进入预放大级, 引起自
激振荡, 第一个光隔离器的作用是防止由于预放大
级的逆向传播的种子光再次回到单频种子源, 引起 系统不稳定。
设计时充分考虑到此系统的高放大倍率( 高达 106 ) , 加之 NdBYA G 的高增益特性, 在系统里采用
M
2 x
=
11 16,
M
2 y
=
1. 17。 3. 2 高倍率激光放大器
由以上理论分析可知, 为了获得 106 倍的高放
大倍率, 需要经过 6 次放大。为了简化系统, 可以采
用 4 个放大器进行 6 次放大。实 验装置如图 1 所 示, 微焦耳级的单频种子激光 1 先经扩束镜 2 扩束
5 倍, 通过由偏振片 3 和 45b法拉第旋光器 4, 二分之
图 1 高倍率激光放大器实验装置 F ig. 1 Exper imental configuration of high magnification
am pli fi er 1: single-longit udina-l mode seeder; 2: expander; 3: polarizer; 4: 45b Faraday rot at ors; 5: KP2 w ave plat e; 6: polarizer; 7: 1st amplifier; 8: 2nd amplifier; 9: KP4 w ave plat e; 10: reflection mirror; 11: 45b Faraday rot at ors; 12: ref lect ion mirror; 13: KP2
2 理论分析
由于种子激光的脉冲能量为微焦耳量级, 最终 需要获得 100 mJ 量级的放大输出, 根据激光放大理 论, 可以 用小信号增益 理论处理整个放 大过程[ 2] 。
系统总的放大倍数应为 105 , 考虑到光路中众多光 学元器件的表面反射、通过损耗以及在传输过程中 的衍射损耗, 将总放大倍率设定 为 106。在小信号 增益情况下, 信号光单次通过 YAG 棒的单程增益 表示为
YAG 棒的单程增益为 10。由此知道需要经过 6 次 放大总增益才能够达到 106。
3 实验装置及结果
系统由产生单频种子激光的调 Q NdBYAG 激 光振荡器和灯抽运的高倍率放大器及系统时间同步
收稿日期: 2001- 04- 23; 收到修改稿 日期: 2001- 06- 17 作者简介: 彭海波( 1971 ) ) , 男, 工程师, 博士, 主要从事固体激光技术及非线性光学研究 。E- mail: davidpeng@ 95777. com
Abstract T he design and ex periment results of M OPA single longitudinal mo de NdB YAG laser ar e introduced. T he seeder laser with 1 LJ, 22 ns is amplifed for six times. M ore t han 100 mJ, near diffraction- limited laser beam is obtained. Key words M OPA , single- longitudina-l mode, N dBYAG solid-state laser, high mag nification
关键词 M OPA, 单频, N dBY AG 固体激光器, 高放大倍率
中图分类号 T N 248. 1+ 3
文献标识码 A
Single-longitudinal-mode, High Magnification NdBYAG Amplifier
P ENG H a-i bo1 , ZHOU Shou- huan1 , ZHAO Hong1, JIANG Dong- sheng1 , Q IAN L ie- jia2
1引言
宽带激光参量放大器用于飞秒啁啾脉冲激光放 大( OPCPA) 技术可大幅度提高输出功率和 光束质 量[ 1] 。OPCPA 的 CPA 部分对展宽纳秒啁啾脉冲进 行放大, 能够从放大器有效提取高能量。展宽的纳 秒啁啾脉冲能量在 1 LJ 左右, 为了实现有效的光参 量放大( OPA) , 微弱的纳秒啁啾脉冲必须先被预放 大到百毫焦耳量级。为了验证 OPCPA 方案, 我们 对光参量啁啾放大( CPA) 的预放大进行了研究。设 计了一套放大系统, 进行预放大实验模拟研究。在 实验中, 我们对系统的放大结构、放大倍率、光隔离 措施等进行了优化, 取得了较好的实验结果。
偏振方向转过 90b, 种子光被偏振片 6 反射, 通过 45b
法拉第旋光器 11, 被反射镜 12 反射, 经过二分之一 波片 13, 进 入布儒 斯特角 放置的 放大 器 14 ( < 10
mm @ 100 mm) , 放大器 15 ( < 10 mm @ 100 m m) 进
行主功率放大。在这里, 偏 振片 6, 45b法拉第旋光
7期
彭海波 等: 高放大倍率单频 N dBYAG 激光系统
581
电子线路组成。
3. 1 单频种子激光
获得单频的方法是使用微片激光器, 即腔的长 度短到足以只让少数几个 纵模起振, 通过 Cr, NdB
YAG 可饱和吸收体来实现调 Q, 同时 Cr, NdBYAG 可饱和吸收体中还存在一动态损耗光栅[ 4] , 它对不 同的纵模具有不同的损耗, 只有损耗较小的纵模才
w ave plat e; 14: 3rd ampl if ier; 15: 4t h amplifier
先用种子激光准直预放大器、主放大器以及各 光隔离器, 尤其是要将光隔离器的隔离消光比调节 到较好状态。然后让预 放大级与种子 激光同步工 作, 在低抽运水平下对种子激光进行放大, 让被预放 的种子光回到偏振片 6 处, 一方面用能量计检测被 放大种子光的脉冲能量, 调节级间延时找到最佳延 时, 另一方面在偏振片 3 处监测反射光的脉冲能量, 调节四分之一波片找到最佳位置。然后增加放大器 7, 放大器 8 的抽运能量, 直到观察到自激振荡为止, 反复调节第一 级光隔离器的消光比及 四分之一波
将被预放大后的种子激光放入主放大级, 调节 二分之一波片( 13) 使得经预放后的种子激光 100% 通过布儒斯特角放置的放大器 14 和 15, 同 时小角 度调节反射镜 10。主放大器的调节主要考 虑尽量 减小由于各光学元件的表面反射造成的反馈光回到 预放大级, 当放大器 14 和 15 的抽运能量均为 30 J 时( 将主放大器的各参数代入公式( 1) , 计算出单程 小信号增益为 100 倍) , 最终的输出能量为 100 mJ, 即实际的放大倍率为 30 倍。脉冲宽度为 21149 ns ( 图 3) , 放大后的激光光斑见图 4。在这里, 理论计 算与实际的放大倍率的差别原因主要在于: 当四个
一波片 5, 偏振片 6 组成的第一个单向光隔离器进 入放大器 7 ( < 7 mm @ 100 mm) , 放大器 8 ( < 7 mm
@ 100 mm ) 经过两次预放, 然后通过四分之一波片
9, 由凹面反射镜 10( 曲率半径 10 m) 反射, 沿原光路
返回, 再次通过四分之一 波片 9, 放大器 8, 放 大器 7。由于两次通过四分之一波片, 被放大的种子光的
振作为时间基准的延时电路来精确调节级间延时, 延时精度为 66 ns。
3. 4 实验结果
单频种子激光 器输出的 激光脉宽 为 22128 ns
( 图 2) ,
单脉冲能量为
1
LJ,
光束质量为
M
2 x
=
1.
16[ 3 ]
,
M
2 y
=
1. 17。
图 2 单频种子 激光脉冲波形 Fig. 2 Pulse shape of seeder laser
第 29 卷 第 7 期 2002 年 7 月
中 国激光 CHINESE JOURNAL OF LASERS
文章编号: 0258- 7025( 2002) 07-0580- 03