VCSEL抽运Nd:YAG激光器及掠入射放大器的研究进展

"该研究介绍了一种小型宽温Nd:YAG激光器和掠入射式放大器的设计，采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列抽运Nd:YAG类光纤晶体，实现高效激光输出。在连续运行模式下，最大有效抽运功率5.47 W时，输出功率达到1.808 W，光-光转换效率33.05%，斜率效率36.5%。在调Q模式下，获得了7.5 ns脉宽、87.1 μJ单脉冲能量和11.6 kW峰值功率的输出。通过掠入射式双程放大器，将81 μJ脉冲能量、13 ns脉宽的信号光放大到0.88 mJ，增益达10.86，能量提取效率19.44%。此外，激光器具有良好的光束质量和稳定性，可在23±8℃的温度范围内保持输出能量波动低于3%。" 详细解释: 该研究探讨的是一个基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)抽运的小型 Nd:YAG 激光器系统，该系统设计旨在提高激光器的性能和稳定性。 Nd:YAG 是一种常见的掺杂激光材料，其中 Nd 阴离子作为激活剂，YAG (钇铝石榴石)晶体作为基质。利用 VCSEL 阵列作为抽运源，可以提供高密度、均匀的光能注入，从而提高激光器的效率。 在连续工作模式下，该激光器表现出了较高的光-光转换效率和斜率效率，这表明抽运能量被有效地转化为激光输出。在调Q操作中，通过使用 Cr4+:YAG 作为可饱和吸收体，实现了短脉冲宽度和高单脉冲能量的输出，这有利于提高脉冲峰值功率，适用于各种高速通信和精密加工应用。 进一步，研究中引入了掠入射式双程放大模块，这种放大器设计可以显著提升信号光的脉冲能量，同时保持良好的光束质量。通过这种方式，原始的81 μJ脉冲能量被放大到0.88 mJ，实现了约11倍的增益，并且能量提取效率达到了19.44%，这在脉冲激光放大技术中是相当高的。 激光器的紧凑设计和采用风冷散热方案，使其能够在较宽的温度范围内保持稳定工作，输出能量波动控制在3%以内，增强了其在实际应用中的适应性和可靠性。这一研究对于开发高效、小型化和宽温工作的固体激光器系统具有重要的理论和实践意义，可广泛应用于激光加工、光通信、医学成像等多个领域。