摘要：细胞激光器是激光光子学和生命科学交叉领域的前沿研究方向,其工作原理是,在流体环境中,将荧光蛋白、生物兼容的荧光染料及荧光素等和细胞有机结合在一起,在谐振腔光反馈作用下使弱信号得到振荡放大实现细胞的激光输出。详细阐述了基于法布里-珀罗腔和回音壁模式微腔的细胞激光器的研究现状和基本原理,由于谐振腔对光信号的反馈放大作用,与传统的荧光信号相比,激光信号能够有效增强传感探测的灵敏度,提高分辨率。通过分析细胞等生物组织中发射激光的光谱和模式等信息来研究细胞内部的生理变化过程,为医学治疗诊断、生物材料三维超分辨成像及可集成光源研究等提供新的技术和设计思路。

摘要：为解决现有点阵结构光投影装置中准直透镜会导致较强的零级衍射而造成投影点阵光强分布不均匀的问题,提出了一种基于底发射垂直腔面发射激光器的片上点阵光投影装置结构,并给出了衍射光学元件设计思路。首先对目标光场进行光强调整和坐标变换,在无准直透镜情况下利用基于瑞利-索末菲衍射积分的Gerchberg-Saxton改进算法获得片上衍射光学元件的相位分布,并最终对该点阵投影装置的投影效果进行评估。结果表明:在衍射光学元件设计过程中采用高斯光束作为光源时,该结构能更好地抑制零级衍射,获得光强分布更加均匀的投影点阵。此外,该结构不仅可省去透镜的安装,减小投影装置尺寸,还可通过流片工艺实现光源和衍射光学元件一体化集成。

摘要：高峰值功率飞秒光纤激光器在高精度工业制造、生物医学、国防、航空航天等领域有着广泛的应用。目前,产生高峰值功率飞秒光纤激光的主要方法是啁啾脉冲放大技术和非线性脉冲放大技术,然而前者虽然能够产生单脉冲能量大于1 mJ的飞秒脉冲,但受限于增益窄化效应,产生的脉冲持续时间通常大于200 fs。后者虽然能够产生持续时间~50 fs的脉冲,但整体设计比较复杂,限制了其应用范围。随着国内外相关工作的长期积累以及激光器件等硬件能力的提升,科研人员提出了一种基于增益管理非线性(Gain-Managed Nonlinear,GMN)放大的方案,这项技术能够以简单的系统设计产生持续时间小于50 fs的脉冲,还能保证紧凑的系统结构。综述了增益管理非线性放大技术的理论研究进展,总结了国内外不同设计结构的增益管理非线性放大系统研究进展,最后对增益管理非线性放大系统的应用进行了展开分析,展望了其在未来的发展方向。进一步分析了泵浦波长、泵浦方式对增益管理非线性放大的影响,提出了一种全光纤一体化的增益管理非线性放大系统,并利用该系统进行了超连续谱产生的应用研究。

摘要：针对大功率半导体激光器散热系统展开设计研究。首先,对水冷散热系统的流体通道中的冷却液进行了流体分析,结果表明在传统矩形流体通道结构中,冷却液在进液口处和弯度较小处容易产生湍流空洞。湍流空洞不仅会产生空泡腐蚀效应,还会导致靠近热源的上层冷却液填充不充分,降低系统的散热效率;其次,在传统流体通道结构的基础上,提出了一种非典型宏通道结构的优化模型。采用有限元分析软件Fluent分别对散热模型的分布和激光器模块器件的分布进行了数值模拟,流场结果表明优化模型中冷却液流动时没有湍流空洞产生,散热系统可靠性更高,冷却液在流体通道的上层填充效果更好,同时解决了传统模型中流体在局部流道中流速缓慢的问题,使散热系统具备更良好的散热性能。接着又通过温度场仿真结果得出,优化模型搭建的散热系统工作时激光器最高温度可降低2℃,且热源1上温度更均匀,热源3上温度降低1.25℃;最后,在激光器满功率输出情况下进行的散热实验对比,获得的实验数据与仿真结果基本一致。

摘要：设计了一种高功率多通泵浦Yb:YAG平面波导激光放大器。所设计的放大器采用对称泵浦方案,泵浦源对称分置于平面波导两侧,泵浦光在平面波导中经反射多次通过芯层以实现多通泵浦。分析了泵浦吸收特性的影响因素,推导了平面波导几何参数间的约束关系,并对平面波导结构进行了优化。使用激光放大模型分析了所设计平面波导放大器的泵浦吸收特性、温度特性及放大输出特性。结果显示:所设计多通泵浦平面波导放大器具有高泵浦吸收率,以及高的光-光转换效率,当注入种子光功率为200 W,泵浦功率为10 kW时,对称多通泵浦平面波导的泵浦吸收率最大值为96.8%,对应的放大输出功率为7483 W,光-光转换效率为72.8%;同时,良好的吸收均匀性使其受热效应的影响更小,有利于获得高质量的光束。

摘要：实验设计和研究了一种激光二极管(LD)角侧泵浦Nd∶YAG电光调Q激光器,实现了高效率1064nm脉冲激光输出。以低掺杂Nd∶YAG晶体为增益介质,将Sm∶YAG吸收材料键合在Nd∶YAG晶体四周(非激光方向)用于抑制放大自发辐射(ASE)和寄生振荡,将YAG晶体键合在Sm∶YAG晶体上以构成复合板条激光晶体。采用对称角侧泵浦方式直接抽运,泵浦光在复合板条激光晶体中多次全反射,多次被Nd∶YAG晶体吸收,可用于实现长光程吸收,提高泵浦光吸收效率。在重复频率为5Hz、输入电流为170A的条件下,获得了单脉冲能量为106mJ、脉宽为15ns的激光输出,光光转换效率为30.1%,输出能量动静比高达94.64%。实验结果表明:所设计的复合板条激光晶体结构有效抑制了ASE和寄生振荡,所提方法为1064nm调Q脉冲激光的高效率输出提供了有效途径。

摘要：大芯径晶体波导可吸收更高功率的泵浦光,能够实现更高的输出功率,同时在锁模运行时芯层中的峰值功率密度相对较低,而且减少了非线性效应的积累。基于此,构建了一种基于Yb:YAG大芯径晶体方波导的被动锁模皮秒激光器。实验中,首先使用高反镜替代半导体可饱和吸收镜(SESAM),在较高的泵浦功率下调节晶体波导的位置和角度以实现泵浦光与波导芯层的匹配;然后,仔细调节球面反射镜的角度,使信号光耦合进波导芯层中以尽量减小腔内的损耗。所设计的激光器采用折叠腔结构,在腔内没有色散补偿器件的情况下,实现了平均功率为10.2 W、脉冲宽度为65 ps、重复频率为30.15 MHz、单脉冲能量为0.34μJ的激光输出。

摘要：设计了一种高效率、结构紧凑的高功率平面波导激光放大器。放大器使用新型平面波导结构,可以实现对芯层的多通泵浦,从而大幅度增加泵浦光的吸收长度,提高低掺杂Yb∶YAG芯层的泵浦吸收率。基于Yb3+的激光动力学方程,结合光学追迹法与有限元方法构建了三维激光放大模型,并分别对双包层平面波导与新型平面波导的高功率激光放大器进行仿真。仿真结果表明,当泵浦总功率为10 kW和注入种子光的功率为200 W时,新型平面波导放大器具有更高的泵浦吸收率、更好的泵浦均匀性、更低的热损伤风险及更高的光-光转化效率。

摘要：报道了一种高光束质量的二极管侧面泵浦Nd∶YAG腔内倍频激光器。采用凹面Nd∶YAG晶体棒补偿激光器热透镜效应,通过测量激光模块热焦距设计双凸腔控制基频光光束质量,利用声光Q开关对激光器振荡进行调制和II类临界相位匹配硼酸锂(LBO)非线性晶体进行倍频。在泵浦电流为21 A、重复频率为9 kHz时,实现了最大平均功率为21.1 W、脉宽为60 ns的绿光激光输出。在激光器最高输出功率时测量了绿光光束质量,光束质量M_(x)^(2)×M_(y)^(2)=1.33×1.36,并测量了激光器在1 h内输出功率稳定性波动<3%。