绝对式高能量激光能量计温度特性研究

对绝对式量热法高能量激光能量计吸收腔的内、外壁温度差特性进行了详细的理论研究和实验验证。用第二非齐次边界条件和第二齐次边界条件的热传导方程分别建立了吸收腔在激光加热过程中和激光加热结束后的温度分布，利用模拟实验对激光照射吸收腔的过程进行模拟，得到内、外壁温度差的实验数据。利用数值模拟法，对理论分析结果作数值分析，理论分析结果与实验数据非常接近，从而证明了在激光加热过程中，虽然吸收腔内外壁存在固定的温度差，但当激光结束后，该温度差将迅速减小，吸收腔达到热平衡。     

硫系玻璃的饱和吸收

本文主要报导钕玻璃激光作用于As-S-Se_x-Te_(1-x)四元系统硫系玻璃块体或薄膜时所出现的饱和吸收。当样品置于器件腔外时,出现透过率随激光功率而变化的非线性效应。透过率增加达30％左右。将样品置于器件腔内时,即出现调制效应.认为这种玻璃的饱和吸收机理是本征吸收限的自激动态Burstein-Moss位移.     

Er~(3+)掺杂玻璃腔内增强激光冷却理论分析

近年来,掺Er3+的CdF2-CdCl2-NaF-BaF2-BaCl2-ZnF2玻璃已成为固体材料激光冷却领域中新的研究材料之一.本文利用激光器输出理论和驻波腔内共振增强原理分析了该材料的两种腔内增强激光的冷却,计算结果表明腔增强可获得几十到几百倍的增强因子.此外,比较了内腔和外腔这两种增强方案,研究结果表明,当材料的吸收比较小时,特别是材料长度小于0.3 mm时,采用内腔增强方案,腔内抽运功率高,冷却材料对激光的吸收大.然而当材料的吸收比较大时,特别是材料长度大于3 mm时,外腔增强方案更具优越性.最后,根据Er3+掺杂材料制冷工作波长和功率的要求,指出腔增强实验可通过半导体激光器来实现.     

腔内反射镜色散控制的、自启动的钛宝石飞秒脉冲激光器

报道了自行研制的色散补偿镜;并用此取代传统的腔内棱镜对,结合半导体可饱和吸收镜实现了腔内反射镜色散控制的,自启动的掺钛蓝宝石激光器的飞秒激光运转。     

基于DFB型半导体激光器的腔增强吸收光谱研究

介绍了用DFB型可调谐半导体激光器做光源的腔增强吸收光谱(TDL-CEAS)技术.简要介绍了腔增强吸收光谱的发展和实验设计,从法布里-珀罗腔的角度解释了腔增强吸收光谱的有效吸收路径,阐述了腔增强吸收光谱具有高灵敏度的主要原因是腔内介质能够获得很长的吸收光程;用中心波长为1.573μm的DFB型可调谐近红外半导体激光器做光源,用两块高反射率平凹透镜(1.573μm附近,反射率约99.4%,凹面曲率半径为1 m)组成的光学谐振腔做吸收池,采用同时扫描激光和谐振腔的方法,在34 cm长的吸收池内测得了CO2分子在1.573μm附近的弱吸收谱线,探测灵敏度达1.66×10-5cm-1.实验结果表明,腔增强吸收光谱具有灵敏度高、分辨率高、实验装置简单、易于操作等优点.     

富勒烯抑制自由运转的Nd：YAG激光器中的自锁模

研究了放在Ｎｄ：ＹＡＧ激光腔内的含富勒烯样品对激光波形的影响。实验发现，富勒烯的强非线性吸收可用于光滑纳秒范围的自锁模脉冲序列，估计这是由于双光子吸收引起的。     

积分球内的铷原子激光冷却

研究了积分球内激光冷却原理,设计积分球时对积分球的反射率、尺寸及球上开孔大小对于激光冷却的影响进行了讨论. 进行了积分球冷却⁸⁷Rb实验,实验结果表明积分球有效的冷却了球腔中的铷原子,获得了积分球内冷原子的吸收信号以及冷原子随冷却光失谐的变化曲线. 关键词： 漫反射光场 积分球 全光冷却     

间接驱动装置中柱形腔内激光束传输叠加特性研究

在惯性约束聚变装置中,激光集束在腔内的传输叠加特性对实现靶丸的有效压缩极为重要。为了更为深入地了解激光集束在腔内的传输叠加特性,针对典型的柱形腔结构及其光路排布,建立了真空腔内的光传输模型,数值模拟和讨论了多集束激光在腔内的传输叠加情况。考虑到激光束的交叉重叠会带来交叉光束能量转移、激光等离子体相互作用等问题,提出通过确定集束间相互分离的特征面位置,进而从偏振特性和热斑占比等方面对多集束激光在腔内的传输及叠加特性进行分析。结果表明,多集束激光在腔内传输时,内环集束和外环集束激光先分离,之后内环相邻集束之间和外环相邻集束之间各自分离。单端集束在腔内传输过程中,其均匀性从靶腔注入孔到腔壁的过程中呈现先变差后变好、再变差的趋势,而热斑的峰值强度随着离焦量的增加不断减小,热斑所占的面积则先增加后减小。此外,激光束在腔内传输时偏振度随腔内传输距离的大小并无明显变化。     

连续波激光器腔内倍频晶体半解析分析方法的研究

连续波激光器系统腔内倍频非线性光学晶体吸收基频光辐射产生谐波的同时,也会在晶体内部产生非均匀温升,引起折射率变化,破坏位相匹配条件,影响激光器谐波转换效率.解决问题的关键是准确得出晶体内部温度场.由于激光器中激光模式和边界条件的复杂性,无法得到温度场的解析解.利用半解析热分析方法得出了晶体工作在TEM00模式下产生的温度场计算公式,分析了对温度场分布的各种影响.所得结果对连续波腔内倍频激光系统设计将起到指导作用.     

空腔靶激光能量沉积的数值模拟

本文采用随机模拟方法和几何光学追踪方法。研究了不同条件下空腔靶中的激光传播光路:采用线性收缩假设,考虑了激光入射时注入孔的堵口问题 激光在等离子体中吸收的物理机制,包括了逆韧致吸收和共振吸收,还考虑了反向布里渊散射对吸收的影响。在此基础上,改变靶的不同尺寸,计算了不同激光入射条件下激光能量在腔内的沉积,并对一些计算结果进行了讨论     

高灵敏度快速扫描光腔衰荡光谱方法探测大气CH_4含量

搭建了基于近红外连续激光器的高灵敏度快速扫描光腔衰荡光谱仪(SC-CRDS)。通过压电陶瓷(PZT)快速扫描腔长,并用跟踪电路使腔长自动跟踪激光波长变化,实现衰荡光谱的快速测量。利用CH4在1653.73 nm(6046.95 cm-1)附近的光谱吸收峰,用该装置对CH4气体含量进行测量。通过测量多个光谱点确定吸收线中心吸收峰值和激光波长,并反馈补偿激光中心波长使其稳定在吸收线,成功解决了由于激光器波长/频率严重漂移导致的不能持续准确测量问题。利用标准浓度的CH4样品校准其1653.73 nm吸收峰谱线强度。该光腔衰荡光谱仪装置结构简单,性能稳定,CH4浓度检测限达到1.0×10-9,可用于长时间监测室外空气中的CH4浓度。     

基于噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术实现光纤激光器到1530.58 nmNH_3亚多普勒饱和光谱的频率锁定

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)由于结合了频率调制光谱与腔增强光谱两种技术,不仅可以将激光耦合到高精细度谐振腔大幅提高腔内功率,还可以实现低气压样品气体的高灵敏测量,因此基于该技术可以实现分子吸收线的饱和,获得亚多普勒光谱,从而能作为激光频率锁定的参考.本文基于光纤激光器的NICE-OHMS技术,将光纤激光器频率锁定到NH3的亚多普勒吸收线上.首先分析了基于Pound-Drever-Hall和DeVoe-Brewer技术实现激光到腔模和调制频率到腔自由光谱区频率锁定的性能,之后在腔内气压为70 mTorr条件下,测量了半高全宽为2.05 MHz的NH3亚多普勒信号,最后将1.53μm的光纤激光器频率锁定到该亚多普勒吸收线上,相对频率偏差为16.3 kHz,阿伦方差结果显示,136 s积分时间下频率稳定度达到1.6×10~(-12).     

水流吸收型高能激光能量计溯源方法及其溯源体系研究

提出了一种利用电加热丝作为校准源的高能激光能量计校准方法,将水流从吸收腔前端导入至加热容器,在加热后流入吸收腔。通过精确计量水流吸收的热能并与能量计测量结果进行比较,达到对高能激光能量计校准的目的。研究表明校准系统的热交换模型与吸收腔内的热交换模型一致,均经历了储能和功率平衡两个阶段。水流及相变气体的散射效应对测量结果的影响较小,经过修正后可以忽略其影响。通过深入分析各个环节的测量不确定度表明,残留能量和流量变化对测量不确定度的影响最显著,增加水箱的容积可以有效降低残留能量对测量不确定度的影响。在对各个环节的影响修正后估算出系统的测量不确定度约为4.8%(k=2),被校高能激光能量计校准后的测量结果与其他类型的参考高能激光能量计进行比对,两者具有很好的一致性,修正因子仅为1.006,标准偏差为1.4%。     

LD端面泵浦Cr~4∶YAG被动调Q激光器输出特性研究

对激光二极管端面泵浦Cr4+∶YAG被动调Q Nd∶YAG激光器输出特性进行了实验研究.实验研究发现,激光器输出功率及脉冲重复频率随谐振腔长度增大而增大.为解释这一实验现象,测量了泵浦光斑在激光晶体内尺寸,同时计算了激光晶体及Cr4+∶YAG晶体内的基模激光光斑半径随谐振腔长度变化.分析结果表明:激光晶体内泵浦光斑尺寸远小于激光晶体内基模光斑半径,腔模间交叠效率较低;当腔长增加时,激光晶体内的基模激光光斑减小,腔模间交叠效率增加,从而导致输出功率及脉冲重复频率随腔长增加而增加;另外,Cr4+∶YAG晶体内光斑半径也随谐振腔长度减小,引起Cr4+∶YAG晶体漂白时间缩短,导致脉冲重复频率随腔长增加而增加.     

一种新型TEA CO2激光器的实验研究

设计了一种新型结构的激光器———双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积,更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小,重量轻,输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线,获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线,发现脉冲宽度大约在50~70ns之间变化,研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。     

高能激光计后向散射能量损失补偿方法研究

针对锥形腔高能激光计后向散射能量损失补偿问题,系统分析了均匀分布激光入射强漫反射面情况下的锥形吸收腔的后向散射问题,进而针对不同高能量激光的输出光斑形状,建立了锥形吸收腔开口处光功率密度分布和后向散射总功率的数学模型,在此基础上对测量结果进行了补偿和修正,有效改善了高能量激光能量测量准确度.     

光泵THz激光器输出频率稳定特性研究

在太赫兹(THz)成像、雷达探测、相干通信等许多应用领域中,THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型,推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。以光泵甲醇(CH₃OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线,定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响,并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。研究结果表明：随着泵浦光功率的增加,THz激光频率的漂移量逐渐增加;随着THz腔内工作气体压强升高,THz激光的频率漂移逐渐下降;当泵浦光频率漂移量在一定范围时,将出现THz激光的频率漂移量极值,且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时,THz激光输出的频率漂移达到极值。由此可见,在实际工作中,不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、温度),而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内,以提高THz激光的输出频率稳定性。     

基于水、风混合型冷却系统的LD端面泵浦全固态连续绿光激光器

为了简化激光器冷却系统,减小体积,降低成本,设计出一种基于水、风混合型的冷却系统,具有水冷和风冷的优点,可以实现稳定的绿光激光输出.采用结构简单、紧凑的平-凹腔设计,其端镜为平面镜,输出镜为凹面镜,曲率半径R=1 m,腔长L=165 mm,获得较稳定的单端泵浦Nd:YVO4腔内倍频KTP连续绿光激光输出.当晶体吸收的泵浦功率为24.3 W时,532 nm激光功率达到4.2 W,光-光转换效率达到17.2%.在绿光输出功率为3 W的情况下,观测到的变化范围在2.5%左右,温度变化范围在0.1°左右.实验结果表明,该冷却系统能够较好地转移晶体热效应产生的热量,实现转化效率较高的绿光输出,有利于实现高功率激光器的微型化.     

一种中红外腔增强甲醛检测系统的研制

介绍了研制的一种基于共轴锁模腔增强吸收光谱技术的中红外甲醛气体检测系统。系统采用了发射中心波长为3.6 μm的带间级联激光器为光源,以高精度F-P谐振腔作为气体反应池,通过激光在谐振腔内的多次反射极大地提高了有效吸收路径。为了实现甲醛检测,利用Pound-Drever-Hall（PDH）技术将激光频率和腔谐振频率锁定至波长为3 599.08 nm的甲醛吸收峰上。实验发现,谐振腔腔长容易受到外界环境的影响产生变化,导致系统失去锁定,产生测量误差;为了抑制这一现象,提高系统的准确性和抗干扰性,采用了动态PDH锁定技术,通过低频锯齿波信号对腔长进行小范围内的周期性调制,使得腔谐振频率在目标气体吸收峰附近缓慢来回变化;通过选择合适的扫描范围使得在扫描过程中激光与谐振腔保持频率锁定。系统通过光电探测器采集谐振腔透射光强信号,通过对腔透射信号进行拟合计算来确定甲醛浓度。为了验证检测系统的有效性、评估系统的性能,采用质量流量计配备了6种不同浓度的甲醛气体样品并开展了甲醛吸收光谱测量实验、系统标定实验和稳定性实验。实验结果显示,在0～10 mL·L-1范围内,腔透射信号拟合值与甲醛浓度之间呈现出良好的线性关系;通过Allan方差分析得到当积分时间为1 s时系统检测下限为52.8 nL·L-1,积分时间为14 s时检测下限可以降至3.3 nL·L-1。此外,通过增加谐振腔的腔镜反射率和腔长可以提高有效吸收路径,进一步降低检测下限。该系统灵敏度高、响应速度快,具有较好的抗干扰性和长期稳定性,在痕量甲醛检测方面具有广阔的应用前景。     

辐射加热Al等离子体的吸收谱实验

报道了辐射加热Al样品的K壳层辐射吸收谱实验. 在神光Ⅱ激光装置上,将8路主激光注入锥柱型金腔产生高温辐射源,利用该辐射源加热腔内的Al薄膜样品,产生温度达到几十电子伏的热稠密等离子体. 相对主激光延迟一定时间后,利用第9路激光短脉冲聚焦打靶加热金盘,产生短脉冲X光点光源. 通过测量075—085nm波长范围内未经样品衰减以及经过样品衰减后的背光源辐射光谱,得到了Al样品的K壳层吸收谱. 利用细致谱线计算的吸收谱对实验光谱进行拟合,确定了Al样品等离子体的电子温度. 关键词： Al等离子体 吸收谱 不透明度