全光纤调Q激光器腔内脉宽压缩技术

为了压缩MOPA全光纤调Q激光器脉冲宽度,对谐振腔基本参数进行了研究。首先,根据速率方程理论推导出脉冲宽度的表达式,通过数值解建立表达式参数与脉冲宽度的关系。然后,分析增益光纤长度、腔镜输出透过率、Q开关性能等谐振腔基本参数对全光纤调Q种子源输出脉冲宽度的影响并通过实验来逐一验证结果。最后,通过优化的参数搭建全光纤调Q激光器,在重复频率为20 kHz时,得到脉冲宽度为54 ns、平均功率为0.86 W的种子激光输出。在重复频率为100 kHz时,对脉宽142 ns、平均功率为1.66 W的种子光进行预放大和功率主放大,最终得到平均功率120 W、脉宽180 ns、光谱宽度为0.67 nm的稳定脉冲激光输出。通过提升AOM性能、减小增益光纤长度等参数优化方式构建调Q光纤激光器,能有效压缩谐振腔内脉冲宽度。     

液体相位共轭技术在高重复频率双程放大器中的应用

 采用丙酮液体作为相位共轭镜改善光束质量，实验研究了高重复频率二极管泵浦Nd:YAG双程放大器中液体SBS相位共轭技术的应用。结果表明：采用光束扫描方式，较明显地减小了液体介质热效应。激光器在重复频率400 Hz、注入能量40 mJ时，反射率达到65%。激光器使用SBS相位共轭镜后光束质量由2.3倍衍射极限提高到1.3倍衍射极限，激光脉宽由23 ns压缩到5 ns。     

400 Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4 J。     

激光二极管抽运电光调Q双通激光器中的光纤相位共轭

为了降低高重复频率脉冲固体激光器中热致光束畸变对光束质量的影响，在激光二极管抽运、电光调Q的Nd：YAG激光双通放大系统中对多模石英光纤相位共轭镜进行了实验研究。激光重复频率100Hz、脉宽20ns。实验结果表明：应用多模光纤能够显著改善放大级中热效应引入的波面畸变，双通获得近衍射极限的激光输出，并可大幅度压缩脉宽至7ns，达到了3：1的压缩比。在受激布里渊散射阈值附近，实验中观察到相位共轭光光斑剧烈闪烁，而随着注入光纤能量的增大，闪烁现象渐渐消失，输出激光能量的稳定度提高，在注入能量5．3mJ的情况下，获得了14％的能量不稳定度，此时的反射率和退偏率分别为32．6％和7％。     

KrF激光脉冲整形研究

 实验研究了脉冲堆积法对KrF激光的整形能力。利用受激布里渊散射(SBS)压缩脉冲获得了脉宽为3~5 ns的短脉冲，用4束激光堆积获得了脉宽为10~15 ns、平顶宽度为5~10 ns的整形脉冲。利用实测SBS脉冲数据，对脉冲堆积法进行了数值模拟，模拟的脉冲宽度为12.7 ns，平顶宽度为7.7 ns，该结果与实验相符。对脉冲堆积法的任意整形能力进行了模拟，讨论了脉冲宽度变化对整形的影响，发现脉宽变化在5%以内时，对整形脉冲的影响较小。对整形脉冲的放大进行了定性研究，结果表明：平顶脉冲通过放大器后，前沿部分放大较多，由于饱和作用，后沿放大较少；如果前端整形脉冲前沿为斜坡状，放大后可以得到近平顶的脉冲。     

重复频率电子束源技术研究

介绍了一台自行研制的基于Blumlein双形成线和脉冲变压器的调制器型脉冲发生器,该发生器可以输出300kV高压脉冲,输出特性阻抗100Ω,脉冲宽度500ns,能在重复频率100Hz下稳定运行.以此为实验平台,进行了重复频率电子束源技术研究,并得到了电压300kV、脉宽500ns、重复频率50Hz的电子束输出.     

100 W全光纤声光调Q光纤激光器实验研究

 报道了一台全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器,以光纤光栅为腔镜,光纤型声光调Q的光纤激光器为种子源,通过两级掺镱双包层光纤放大器实现功率放大。对声光调Q的光纤激光器输出特性进行了研究,比较了不同泵浦波长、不同重复频率对激光输出功率和脉冲宽度的影响,并实现了最短脉冲宽度25 ns、单脉冲能量45 μJ的脉冲激光输出。在重复频率50 kHz时,对脉冲宽度130 ns、平均功率0.6 W的种子光进行放大,得到了平均功率102.5 W、脉冲宽度约240 ns的激光输出。     

激光冲击强化激光器的研制

针对近年来发展的激光冲击强化技术,采用1级谐振8级放大的系统结构和模块化设计方法,研制出了激光冲击强化用短脉宽、大能量的Nd:YAG脉冲激光器,并对激光器技术指标进行了测试分析。在预热20 min后、环境温度变化小于2 ℃的情况下,单脉冲最大输出能量高达25 J,能量不稳定度小于3%,脉宽16~20 ns可调,脉宽不稳定度小于1 ns,光束发散角小于等于2.5 mrad,重复频率达5 Hz。对TC4钛合金进行激光冲击强化实验,大幅度提高了TC4钛合金试件表面的残余压应力。结果表明,研制的激光器各项性能良好。     

基于MOPA结构与高能量种子源的高功率皮秒掺铥光纤放大器

以单脉冲能量更高的孤子激光器为种子源,通过主振荡放大技术,获得了2 μm波段的高功率、皮秒脉冲激光器.该种子源是一个被动锁模的光纤激光器,通过优化、管理激光器谐振腔内的色散,获得了脉冲宽度为50 ps、重复频率为55.6 MHz、谱宽约为21 nm的高能量孤子脉冲输出.利用单模光纤在2μm波段的负啁啾色散特性,在进行功率放大之前将作为种子源的激光脉冲宽度展宽至600 ps.最后,经过两级放大之后,获得平均功率约23 W、脉宽为660 ps的激光输出.利用光栅对,对放大后的激光脉冲进行压缩,经测试压缩后的脉冲宽度约为0.9 ps.     

基于MOPA结构与高能量种子源的高功率皮秒掺铥光纤放大器（英文）

以单脉冲能量更高的孤子激光器为种子源,通过主振荡放大技术,获得了2μm波段的高功率、皮秒脉冲激光器.该种子源是一个被动锁模的光纤激光器,通过优化、管理激光器谐振腔内的色散,获得了脉冲宽度为50ps、重复频率为55.6 MHz、谱宽约为21nm的高能量孤子脉冲输出.利用单模光纤在2μm波段的负啁啾色散特性,在进行功率放大之前将作为种子源的激光脉冲宽度展宽至600ps.最后,经过两级放大之后,获得平均功率约23 W、脉宽为660ps的激光输出.利用光栅对,对放大后的激光脉冲进行压缩,经测试压缩后的脉冲宽度约为0.9ps.     

Flash-Lamp-Pumped Acousto-Optic Q-switched Cr-Tm:YAG Laser

High-power Q-switched solid-state lasers operating at 2 μm wavelength are needed for many applications. Using flash-lamp pumping, we developed an acousto-optic Q-switched Cr-Tm:YAG laser and realized single transverse mode oscillation with a maximum pulse energy exceeding 0.8 J when the repetition frequency was 1 Hz. The pulse width and the corresponding peak power were 135 ns and 5.9 MW, respectively. To our knowledge, this is the highest output power of AO-Q-switched Cr-Tm:YAG lasers have ever reported.     

受激布里渊散射脉冲压缩技术研究进展

受激布里渊散射（SBS）作为三阶光学效应广泛应用于激光组束、分布式光纤传感、布里渊激光器等领域。近年来,SBS脉冲压缩亦得到特殊关注。基于布里渊放大过程中的能量转移特性,SBS脉冲压缩技术能够将ns量级脉冲压缩至亚ns量级,峰值功率可提升1～2个数量级。系统介绍了SBS脉冲压缩基本理论,综合论述了SBS压缩器结构、增益介质、泵浦脉冲等因素对脉冲压缩特性的影响,并对SBS脉冲压缩发展趋势进行了展望,为今后SBS特性的研究提供了有益参考,也为高重频、高能量激光的获取提供了可行方案。     

LD侧面泵浦电光调Q532nm脉冲激光器

 为了实现高可靠、窄脉宽、高峰值功率激光输出,采用侧面泵浦技术和电光调Q技术,设计出一种激光二极管侧面泵浦电光调Q全固态绿光激光器。采用结构简单、紧凑的平-平腔设计,其端镜和输出镜均为平面镜,获得较稳定的侧面泵浦Nd∶YAG腔外倍频KTP脉冲绿光激光输出。当泵浦电流为120A,重复频率为600Hz时,获得脉冲绿光的最高输出平均功率为3.62W,1064nm到532nm的转换效率为15.3%,其脉宽为21ns,峰值功率为300kW, 单脉冲能量为6.01mJ。实验结果表明：该激光器稳定性可靠,输出激光脉宽较窄、峰值功率高。     

32 W百兆赫兹高重频可调谐单频激光光源

通过对连续种子光源的光强调制,并利用光纤放大器和固体介质放大器结合的混合放大方式,实现了百兆赫兹高重频可调谐单频激光光源。系统在基模输出条件下的最大输出功率为31.9 W,光束质量因子小于1.5,脉冲重复频率达到100 MHz,脉宽1 ns,测量得到的光束线宽小于0.8 GHz。实验结果验证了通过对连续光源进行光强调制获得高重频脉冲光源的可行性,并验证了混合放大方式是获得功率放大的一种有效手段。     

高光束质量Nd:YAG激光系统的研制

 针对惯性约束核聚变驱动器激光预处理系统的需求,研制了一套高功率高光束质量Nd：YAG 激光系统,该系统中采用了高稳定的被动调Q单纵模振荡器、受激布里渊散射脉冲压缩和高效聚光腔等多种技术,获得了脉冲宽度3ns、激光能量1.1J、远场发散角0.3mrad的激光输出。     

单纵模Nd∶YAG激光抽运CH_4中强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光[波长532 nm,线宽Δνp<100 MHz,脉宽(半峰全宽)6.5 ns]抽运CH4气体,观察到很强的后向一级斯托克斯(BS1)受激拉曼散射,这与前人采用脉宽30 ns的单纵模抽运激光得到的绝大部分为后向受激布里渊散射(SBS)完全不同,其原因是脉宽6.5 ns与本实验条件下CH4的受激布里渊散射声子寿命接近,受激布里渊散射处于瞬态。理论计算表明,这时的受激布里渊散射瞬态增益系数已略小于后向一级斯托克斯的增益系数,而被其竞争抑制。当脉冲重复频率为2 Hz,抽运能量为95 mJ时,在1.1 MPa CH4中,后向一级斯托克斯的量子转换效率高达73%,其时间波形出现张弛振荡,脉宽被压窄到1.2 ns,从而使后向一级斯托克斯峰值功率达到了抽运激光功率的2.7倍,而且其光束质量要大大优于抽运激光的光束质量。用编制的准二维计算机模型程序相当好地再现了实验中后向一级斯托克斯的时间波形张弛振荡。     

非线性光学激光合束技术研究进展

回顾了非线性光学激光合束技术的发展历程,阐述了基于光学相位共轭和基于非线性放大过程的合束思想和基本原理,梳理了重叠耦合、种子注入和布里渊四波混频增强相位锁定激光合束方式的标志性成果,总结了等离子体交叉光束能量转移、金刚石拉曼放大和液体布里渊放大激光合束技术的优势和瓶颈。面向高峰值功率、高平均功率、高重复频率激光输出的实现需求,基于布里渊放大激光合束技术具备系统结构简单、功率负载高且散热效率高的优点,提出了实现单脉冲能量100 J、脉冲宽度10 ns、重复频率10 Hz合束激光输出的可行性方案。     

连续/脉冲复合体制高功率固体激光技术研究

常规高功率激光器以连续或者长脉冲方式工作,与物质作用主要是依靠单一“加热”模式,针对其对复杂目标作用能力有限的问题, 提出一种连续和脉冲激光同时输出,脉宽、重频可调的新体制高功率激光技术,激光放大链路以特殊时域模式工作,即高重频脉冲与连续运转同时输出,在重频10 kHz时,实现输出功率4800 W,其中连续激光功率3600 W,脉冲激光功率1200 W,脉冲宽度为3.6 ns;在重频100 kHz时,实现输出功率4920 W,其中连续激光功率3100 W,脉冲激光功率1820 W,脉冲宽度为7 ns,光束质量4.8倍衍射极限 。