研究主题

发布时间: 2013-04-19      访问次数: 2050

研究主题:

1. 微片固体激光器

2. 透明陶瓷激光器

3. 光学材料的性能

4. 激光点火与加工

5. 新型固体激光器

6. 激光操控微粒子

研究亮点:

1. 高峰值功率微片激光器

首次在国际上采用Yb:YAG/Cr4+:YAG多功能复合透明激光陶瓷实现了脉冲宽度为237ps、峰值功率高达0.72MW、光-光转换效率高达15%的被动调Q脉冲激光输出。

在国际上首次实现了高效Cr4+:YAG被动调Q 亚纳秒、高峰值功率Yb:LuAG微片激光器,斜率效率高达40%;此项研究成果在20081月出版的Photonics Spectra杂志上以“Microchip laser exploits Yb:LuAG properties Researchers create passively Q-switched Yb:LuAG laser”为标题做了专门的报道,得到了国内外同行的高度重视。

代表性的研究成果发表在Applied Physics Letters, 90(13): 131105 (2007)Optics Letters, 32(22): 3266 (2007)、和Optics Express, 16(8): 5241 (2008)Optics Express, 15(22): 14516  (2007)等国际光学与激光领域顶级学术刊物上。

2. 晶体取向选择偏振态可控Yb:YAG微片激光器

研制出一种晶体取向自选择线偏振激光技术,即在掺稀土离子的YAG晶体中通过在与光束传播方向垂直的(111)晶面内选择不同的晶体取向来实现线偏振激光输出;成功地实现了在Yb:YAG微片激光器中连续激光线偏振输出。所发明的晶体取向自选择线偏振激光输出方法有以下优点:实施简单;适用于稀土离子掺杂的立方晶系晶体。20096月在德国慕尼黑国际会议中心召开的2009年欧洲激光光电子会议(CLEO-Europe 2009)上我们报道了在<111>方向Yb:YAG晶体微片激光器中实现晶体取向自选择线偏振激光输出的初步研究成果及进展,引起了国内外学者的关注。在此研究成果的基础上,在国际上首次系统地将Yb:YAG晶体和陶瓷分别作为激光增益介质,Cr4+:YAG晶体和陶瓷作为被动调Q开关,通过不同的组合系统地研究了被动调Q激光器线偏振激光的机理,研究结果表明被动调Q激光器线偏振激光不仅取决于Cr4+:YAG晶体方向性选择的非线性可饱和吸收特性,而且也取决于Yb:YAG晶体方向自选择线偏振激光输出的特性,极大的丰富和完善了被动调Q激光器线偏振激光输出的机理。

晶体取向自选择线偏振Yb:YAG微片激光器的研究成果也被《Applied Physics Letters》的审稿人认为:该文通过在YAG中掺杂Yb离子打破了晶体的对称结构,从而实现了沿不同特定的晶体取向的线性偏振激光输出,该论文是非常有意义,具有创新性。偏振态对被动调Q Yb:YAG/Cr,Ca:YAG微片激光器激光性能影响的研究成果被《IEEE Journal of Quantum Electronics》的三位审稿人一致认为:对固体激光领域是一件非常有意义的研究工作。

代表性工作发表在Applied Physics Letters, 93 (10): 101105 (2008) IEEE Journal of Quantum Electronics, 46 (2010) 50 56Laser Physics, 21(12): 2053 2058 (2011)等学术刊物上。

3. 高效Yb:YAG陶瓷激光器

率先开展了Yb:YAG透明激光陶瓷光学性能与激光性能的研究工作。首次采用Yb:YAG激光陶瓷实现了斜率效率高达79%、光-光转换效率大于60%的连续激光输出。首次系统地研究了不同掺杂浓度Yb:YAG陶瓷的光学与激光性能,并与其浓度相同的Yb:YAG晶体进行了比较。研究结果表明在低掺杂浓度的情况下,Yb:YAG陶瓷的激光性能接近Yb:YAG单晶的激光性能,但是在高掺杂浓度的情况下(Yb3+离子的浓度大于15%),Yb:YAG陶瓷的激光性能明显优于其相同浓度的Yb:YAG单晶。采用20% at.%掺杂的Yb:YAG陶瓷作为激光增益介质,获得了比相同浓度Yb:YAG晶体高60%的激光效率。此研究成果为高掺浓度Yb:YAG透明激光陶瓷用于高效率微片激光器、高功率薄片Yb:YAG固体激光器的研制提供了非常重要的实验数据。

代表性的研究成果发表在Applied Physics Letter, 89(9): 091114 (2006)Optics Letters, 32(13): 1890 (2007)Laser Physics Letters, 6(4): 282 (2009) 等学术刊物上。

4. Yb:YAG/Cr,Yb:YAG强化自调Q激光器

首次采用Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合材料的方式系统地研究了Yb:YAG激光材料对Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体激光性能的强化作用。利用不同掺杂浓度的Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体,采用Yb:YAG/Cr,Yb:YAG的复合结构,在940 nm连续激光二极管的泵浦下,研究了Yb:YAG/Cr,Yb:YAG复合结构微片激光器的性能,获得了激光效率高于Cr,Yb:YAG自调Q激光器两倍的激光输出,为提升Cr,Yb:YAG自调Q激光材料的性能提出了一种新的思路,拓宽了Cr,Yb:YAG自调Q激光晶体的应用领域。而且也为我们研究Yb:YAG/Cr4+:YAG复合材料键合界面间形成的Cr,Yb:YAG自调Q激光材料对Yb:YAG/Cr4+:YAG复合激光材料光学及激光性能影响的研究提供了一条新的研究途径和实验手段。为研制Yb:YAG/Cr4+:YAG复合材料被动调Q微片激光器实现高效、大能量、高峰值功率的激光输出奠定了研究基础。

代表性工作分别发表在Laser Physics Letters, 8(8): 591 (2011)Laser Physics Letters, 8(12): 845 (2011)Optics Express, 20(22): 24803 (2012)学术刊物上。

5. 基于Cr,Nd:YAG自调Q激光器产生高效、纳秒脉冲的IG光束

首次采用Cr,Nd:YAG双掺自调激光晶体作为工作物质,在激光二极管的泵浦下获得了高效、纳秒脉冲的Ince-Gaussian光束输出。峰值功率高于2 kW的可调控高阶IG激光光束微粒子光学调控及产生高精度的光学漩涡及光孤子等领域有非常广阔的应用前景,为光镊技术提供了新技术和新手段。具体的研究成果发表在Laser Physics Letters, 10(8): 085803 (2013)学术刊物上。

Cr,Nd:YAG微片激光器中获得的不同激光光强分布的IG光束理论模拟结果。

6. 多纵模调控实现被动调Q激光器激光脉冲的稳定化机理研究

 

首次发现了Cr,Nd:YAG自调Q微片激光器中多纵模振荡导致输出脉冲的不稳定性,利用速率方程建立了多纵模振荡被动调Q激光器理论模型,研究发现被动调Q微片激光器中多纵模之间的相互竞争是造成输出脉冲不稳定的主要原因。这一研究成果被《Applied Physics Letters》的审稿人认为:“该文解决了激光技术中一个非常重要的问题–当多于一个纵模振荡时的不稳性问题。据审稿人所有的知识,目前还没有关于在自调Q激光器中纵模不稳性的报道”。随后采用Yb:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器,系统地研究了不同泵浦强度下多纵模振荡与激光脉冲稳定性之间的关系,提出了通过Cr4+:YAGYb:YAG组合选模,结合泵浦光参数的设计来控制激光纵模的结构与相对强度的方法来实现多纵模激光振荡被动调Q微片激光器输出激光脉冲稳定化的新思路和新方法。这对于Yb:YAG/Cr4+:YAG复合材料实现高效、高峰值功率、大能量激光脉冲的稳定输出具有非常大的理论指导作用。首次提出了利用Cr4+:YAGYb:YAG组合选模调控多纵模振荡模式结构与相对强度,结合泵浦光参数的优化设计的方法来实现多纵模振荡被动调Q微片激光器激光脉冲稳定输出的新思路与新方法。

研究成果发表在Applied Physics Letters, 87: 151102 (2005)Laser Physics Letters, 4(2): 109 (2007)Optics Express, 17(19): 16980 (2009)等国际著名杂志上。

7. 温度对激光材料的性能研究 

系统地研究了工作温度对不同掺杂浓度激光材料如Yb:YAGNd:YAGNd:phosphate玻璃等的光学特性的影响,获得了工作温度对激光增益介质发射截面积、荧光寿命等参数影响的关键数据,为研制低温高效工作Yb:YAG高功率激光器提供了重要的实验数据和基础。有关Yb:YAG晶体依赖温度的光学性能的研究成果发表JOSA B, 20(9): 1975-1979 (2003) 上。

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