高脉冲重复频率调Q Tm,Ho:GdVO4激光器

报道了一个高效率连续波和调Q高重频两种运行方式的Tm,HoGdVO4激光器.Tm,HoGdVO4晶体尺寸4 mm×4 mm×7 mm,a轴通光,液氮制冷到100 K,由发射中心波长为793 nm的光纤耦合激光二极管端面泵浦.Tm,HoGdVO4激光连续波输出功率4.0 W,光光转换效率26%.声光调Q条件下输出平均高功率3.9 W,脉冲重复频率10 kHz,脉冲宽度50 ns. 通过减小声光Q开关的开启时间,激光脉冲宽度由50 ns减小至23 ns.在10 kHz重频下,测量最大脉冲能量0.39 mJ , 峰值功率7.8 kW.     

1.2 W中红外ZnGeP2光参量振荡器

报导了利用Tm,Ho:GdVO4激光器抽运双谐振ZnGeP2光参量振荡器实验研究.Tm(5%),Ho(0.5%):GdVO4晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.以25 W波长为800 nm的光纤耦合激光二极管抽运,2 μm激光最大平均功率7 W,脉冲宽度小于30 ns, 脉冲重复频率5 kHz到20 kHz可调.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55?切割,OPO谐振腔为平平腔,腔长约25 mm.在5W的2 μm激光抽运下,脉冲重复频率10 kHz,实现了信号光3.7 μm及闲频光4.5 μm中红外激光输出,参量光脉冲宽度为15～17 ns,最大平均功率大于1.2 W,光-光转换效率为20%.测量参量光输出光束全宽度远场发散角4 mrad,光束质量M2因子小于3.     

1.2 W中红外ZnGeP2光参量振荡器

报导了利用Tm,HoGdVO4激光器抽运双谐振ZnGeP2光参量振荡器实验研究.Tm(5%),Ho(0.5%)GdVO4晶体采用液氮制冷方式,工作在77 K温度条件下.以25 W波长为800 nm的光纤耦合激光二极管抽运,2 μm激光最大平均功率7 W,脉冲宽度小于30 ns, 脉冲重复频率5 kHz到20 kHz可调.非线性频率转换晶体ZnGeP2长15 mm,55?切割,OPO谐振腔为平平腔,腔长约25 mm.在5W的2 μm激光抽运下,脉冲重复频率10 kHz,实现了信号光3.7 μm及闲频光4.5 μm中红外激光输出,参量光脉冲宽度为15～17 ns,最大平均功率大于1.2 W,光-光转换效率为20%.测量参量光输出光束全宽度远场发散角4 mrad,光束质量M2因子小于3.     

新型结构声光调Q激光器研究

为了提高声光调Q输出脉冲的重复率;通过分析影响脉冲输出特性的因素,提出了采用新颖的掠入射方式、线泵浦源侧面泵浦的特殊谐振腔结构,在泵浦功率50 W时,实现了重复频率500 kHz、脉冲宽度76.82 ns的高重复频率激光脉冲输出.结果表明,缩短脉冲建立时间,提高泵浦功率,可以有效地提高声光调Q激光器的重复频率.     

激光二极管抽运Tm,Ho∶YLF晶体声光调Q激光器

对激光二极管端面抽运Tm,Ho∶YLF晶体声光调Q激光器的激光特性进行了研究。根据粒子跃迁和能量传递过程,在考虑能级传递上转换的前提下,建立了Tm,Ho∶YLF脉冲激光器的速率方程,得到了初始反转粒子数的解析表达式,分析了能量传递上转换效应对激光上能级反转粒子数的影响。在室温下实现了2 μm波长激光的脉冲输出。实验上给出并分析了Tm,Ho∶YLF脉冲激光器的平均输出功率、单脉冲能量和脉冲宽度随抽运功率以及声光Q开关调制频率的变化关系。在抽运功率为2.8 W,重复频率为9 kHz时,获得了平均输出功率为189 mW的激光脉冲,光光转换效率为6.8%。在重复频率为1 kHz时,得到最大单脉冲能量为65 μJ,峰值功率为0.17 kW。     

LD泵浦Nd∶YVO4/KTP内腔倍频声光调Q理论和实验研究

给出了Nd∶YVO₄/KTP内腔倍频声光调Q工作原理的耦合波速率方程组.实现了半导体激光器（LD）抽运折叠腔倍频声光调Q绿激光的运转,在抽运光功率3.8 W、重复频率10 kHz时,获得绿光脉冲宽度为33.2 ns,单脉冲能量为59.6 μJ, 峰值功率达到1.8 kW.数值求解耦合波方程组理论值与实验结果相符.     

激光二极管抽运Tm,Ho:YLF晶体声光调Q激光器

对激光二极管端面抽运Tm,Ho：YLF晶体声光调Q激光器的激光特性进行了研究。根据粒子跃迁和能量传递过程,在考虑能级传递上转换的前提下,建立了Tm,Ho：YLF脉冲激光器的速率方程,得到了初始反转粒子数的解析表达式,分析了能量传递上转换效应对激光上能级反转粒子数的影响。在室温下实现了2μm波长激光的脉冲输出。实验上给出并分析了Tm,Ho：YLF脉冲激光器的平均输出功率、单脉冲能量和脉冲宽度随抽运功率以及声光Q开关调制频率的变化关系。在抽运功率为2．8W．重复频率为9kHz时,获得了平均输出功率为189mW的激光脉冲,光-光转换效率为6．8％。在重复频率为1kHz时,得到最大单脉冲能量为65μJ,峰值功率为0．17kW。     

Ho∶YAG激光泵浦的磷锗锌光参量振荡器

介绍了由Ho∶YAG声光调Q激光器输出2.1μm激光脉冲泵浦ZGP光参量振荡器。利用1.9μm激光器作为Ho∶YAG激光器的泵浦源,调Q重复频率为15kHz时,激光器输出功率21.5 W单一波长窄线宽激光。由Ho∶YAG激光器泵浦ZGP-OPO,最大输出中波红外激光8.85 W,激光脉冲宽度14.5ns,激光器输出斜效率高达80.9%。该激光器在气体检测及光电对抗等领域有广泛的应用前景。     

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。     

二极管泵浦的2 μm高重复频率脉冲固体激光器

 报道了连续二极管端面泵浦2 μm高重复频率Tm,Ho:YLF激光器的实验研究结果。792 nm光纤耦合激光二极管作泵浦源，泵浦液氮制冷的Tm,Ho:YLF晶体。动态运转时，平均输出功率达到4 W，相应的能量抽取效率大于85%。采用声光调Q方式，重复频率1～50 kHz可调，10 kHz时，峰值功率达到12 kW，最小脉宽为32 ns。同时，还对二极管泵浦2 μm激光器设计中的各种因素进行了分析。     

相变致冷镜的有限元结构优化

 镜体的结构决定了相变致冷镜抑制腔镜在高能激光辐照下的热变形的效果。比较不同结构形式的相变致冷镜镜面热变形的有限元软件计算结果，并通过一阶非线性优化方法，得到较优的放射状结构：硅基基体外径80mm，厚度12.5mm，光斑直径40mm,吸收功率密度为79.58kW/m²，当其最优沟槽深度为99mm，宽度为0.4mm时，光照10s时镜面热变形达到最小值0.37μm。     

全固态碟片激光器的多孔泡沫热沉传热特性研究

高功率全固态碟片激光器在运行中产生的热透镜效应会引起激光器输出功率降低、光束质量退变,针对该问题本文将多孔碳化硅泡沫和毫米通道引入到全固态碟片激光器的换热热沉中,并将其应用于多冲程泵浦的全固态碟片激光器.利用有限元分析软件对其结构模型参数进行了优化,当碳化硅厚度为2 mm,孔隙率为40%,入水口压力为4 kg(0.4 MPa)时,系统理论换热系数为1.51×10^5 W/m^2·K,实验测量结果为1.45×10^5 W/m^2·K,理论和实验结果较为接近,验证了理论模型的正确性.最后利用该新型热沉搭建了基于Yb∶YAG的24冲程全固态碟片激光器实验装置,获得输出功率为393 W,波长为1030 nm的连续激光输出,光-光转换效率达到52%,光束参数乘积为5.918 mm·mrad.     

烟火泵浦钕玻璃激光器出光实验研究

 烟火泵浦是激光器小型化、便携化的一种解决方法。研制了一种用于钕玻璃激光器泵浦源的化学试剂,其主要成分为金属粉和碱金属含氧酸盐。设计了烟火泵浦钕玻璃激光器实验装置,激光器采用平-凹腔结构、紧包型侧面泵浦,输出镜反射率98％,钕玻璃棒尺寸f8 mm×100 mm。采用A,B两种配方的泵浦源进行出光实验,A配方得到了波长为1 053 nm能量为29 mJ的激光,B配方没有出光。分别计算了两种泵浦源的阈值辐射强度,并与测量得到的药剂辐射强度平均值比较。A配方所提供的辐射强度2.68×104 W·sr^-1,大于阈值2.37×104 W·sr^-1;B配方小于阈值,未能出光。这与实验结果吻合,证明烟火泵浦方法可行。     

基于微光机电系统的微光学自适应微镜的研究

提出了一种利用热应力改变镜面曲率的可调焦微光学自适应微镜。与传统自适应微镜相比,采用该原理制作的微镜具有驱动电压低和驱动力较大的优点,而且制作简单。以硅为基底进行了表面热氧化、光刻显影、HF酸刻蚀、KOH湿法刻蚀,溅射铝膜等微加工工艺的研究,获得硅铝双金属可调焦微反射镜4×4阵列,单元尺寸3 mm×3 mm,单晶硅基底厚60μm,硅表面溅射的铝膜厚150 nm。该微镜的镜面填充率为100%,可变形镜面占总镜面面积的79%。利用激光波面干涉仪对可调焦微反射镜的动态性能进行了测试。实验表明,该微镜可产生单向连续变形,最大变形量15.8μm,非线性滞后27%,工作电压0~2.5V,可调焦范围∞~0.036 m。     

强激光反射镜基体材料的热畸变特性有限元分析

 利用有限元方法数值模拟了单晶硅（Si）、铜（Cu）、钨(W)、氧化铍(BeO)等镜体材料的热畸变特性。结果表明：当入射激光功率为2 kW、镜面反射率为93%、光斑直径为17 mm、激光照射时间为10 s时，四种材料基板的中心最大热变形分别为0.984，3.32，1.55，1.88 μm。相比之下，Si镜的热变形最小，是比较理想的镜体材料；Cu镜的热变形最大；W和BeO两种材料的镜热变形介于Si镜和Cu镜之间，具有较高的强度和硬度，抗破坏能力较强。     

开式单喷嘴喷雾冷却均匀性实验研究

针对高热流密度激光介质高效散热与均匀冷却技术需求，设计并搭建了以去离子水为冷却工质的开式单喷嘴喷雾冷却实验平台，实验研究获得了不同热流密度（16～110 W/cm2）、不同冷却工质流量（200～300 mL/min）以及不同喷雾高度（15～25 mm）下单相喷雾冷却换热系数及其冷却均匀性效果。结果表明:该实验工况下，不同热流密度条件下喷雾高度及工质流量对于单相喷雾冷却换热效率及温度均匀性影响显著；喷雾高度15 mm、工质流量200 mL/min时获得最大对流换热系数为5.93 W/（cm2·K）；喷雾高度15 mm、工质流量250 mL/min时面积20 mm×20 mm的热源表面温度均匀性最佳可优于0.6 ℃。     

基于量子级联激光器照明的高对比度红外内窥成像

对单丝直径为20μm,12×9阵列方形面阵的Ge-As-Te-Se组分光纤束进行了测试,并开展红外成像研究。利用5~11μm连续可调谐红外量子级联激光器作为光源,对光纤束损耗进行检测,传输损耗平均为1 dB/cm。设计并加工了基于像方远心成像的紧凑型物镜,总长13.6 mm,直径6 mm,最终实现了2 mm×2 mm视场内100μm分辨率传像。分别在量子级联激光器和非相干黑体光源的照明下,进行了环境温度对成像对比度影响的研究,结果表明,在环境温度较高(>40℃)的条件下,基于量子级联激光器照明可实现高对比度内窥成像。本文对于深入开展红外生物效应研究具有指导意义和实用价值。     

4.81 WYb:YAG/1030nm薄片激光器优化设计

设计了四程泵浦的Yb:YAG薄片激光器。晶体掺杂原子数分数为10%,几何尺寸为直径10mm、厚340μm,提出了Cr/Au金属化方案,采用铟焊工艺将其焊接到微通道水冷热沉上。耦合系统为四程泵浦结构,球面镜规格为直径30 mm、曲率半径50 mm。利用LightTools软件模拟计算了泵浦光斑半径,选用曲率半径200 mm输出镜以使泵浦光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则。在激光二极管阵列泵浦功率为18.73 W时,获得了最高功率为4.81 W的1030nm连续激光输出,光-光转换效率为25.7%。     

基于2D微电子机械系统(MEMS)镜全向激光雷达光学系统设计

为了满足全向激光探测的需求,提出一种基于2DMEMS镜扫描的激光雷达结构。激光器通过1×6高速光开关分时地给6个扫描子系统提供光信号,6个扫描子系统探测视场叠加起来可实现360°激光探测。每个扫描子系统的扫描范围为60°×30°,其中包含一个扩展MEMS镜扫描角度的发射光学天线和一个大视场有增益的接收光学天线。发射光学天线将MEMS镜±10°的扫描角扩展到±30°,发散度小于0.2mrad;接收视场内的激光波经过接收天线在探测器上所成的半像高小于1mm,接收增益为3.65。通过计算修正后的激光雷达方程可得到发射功率20 W的激光束在工作距离100 m内的回波功率≥1 nW,结果表明该光学系统可适用于激光雷达系统。     

射流式水冷镜结构优化设计

 分析了影响射流式水冷镜形变的各种因素,利用ANSYS有限元分析软件,对各项结构参数对镜体形变的影响进行了数值模拟,探索出射流式水冷镜结构设计的一般规律,得到了镜体结构的优化设计方案。数值结果表明：在镜体直径80 mm、镜面净吸收功率100 W、光斑直径25 mm、使用硅作为镜体材料的情况下,射流式水冷镜镜面最大形变可低至0.07 μm,明显优于其它类型的水冷镜。