传导冷却紧凑型高峰值功率纳秒激光器：主振荡功率放大与多程放大技术

"传导冷却结构紧凑型高峰值功率纳秒级激光器，通过被动调Q Nd:YAG 微片结构实现主振荡功率放大， Nd:YVO4 板条用于多程放大，产生高能量、窄脉冲的激光输出，适用于空间激光应用。" 本文报道了一种创新的激光器设计，它采用了基于被动调Q Nd:YAG 微片结构的主振荡功率放大器(MOPA)，以及Nd:YVO4板条的多程放大技术。这种激光器的主要特点是其紧凑的结构和高效的传导冷却系统，使其在空间激光应用中具有显著优势。 在主振荡级，研究人员使用了Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器。被动调Q技术是一种控制激光器输出脉冲的方法，通过利用非线性吸收介质（如Cr4+:YAG）来实现Q开关效果，允许激光器在短时间内释放大量能量，形成高峰值功率的脉冲。在这个设计中，当重复频率为1 kHz时，激光器能够输出单脉冲能量为82 μJ、脉冲宽度仅为1 ns的近衍射极限激光。这意味着激光束的质量非常高，接近理论上的最佳状态。 为了进一步增强激光输出，设计采用了多程往返光路，使得信号光在Nd:YVO4晶体中能经历5次放大。Nd:YVO4是一种常见的激光晶体，因其优秀的光学性能和较高的热稳定性而被广泛使用。经过多程放大，激光器达到了最大单脉冲能量2.3 mJ，脉宽保持在1 ns，对应的峰值功率超过2 MW。同时，激光器的光束质量M2因子为M2x=2.48和M2y=1.24，表明尽管经过多次放大，光束质量仍保持在可接受的范围内。 此外，该激光器的传导冷却设计确保了在15℃至32℃的温度范围内，输出能量的波动小于4%，这在实际应用中是非常重要的，因为它保证了激光器在不同环境条件下的稳定性和可靠性。传导冷却是一种有效散热方式，通过直接将设备内部产生的热量传递到周围环境中，从而维持激光器的工作温度，延长其使用寿命并提高工作效率。 这项工作展示了一种新型的纳秒级高峰值功率激光器设计，它结合了被动调Q技术和多程放大技术，实现了紧凑、高效且稳定的激光输出。这种激光器对于需要高能量、窄脉冲的科研和工业应用，特别是空间激光技术，具有极大的潜力和价值。