大口径LD泵浦的激光放大器热沉积特性

 通过分析LD阵列端面泵浦片状放大器的工作特点，建立了对增益介质Nd:YLF进行热特性研究的有限元模型。针对泵浦能量空间均匀分布、高斯分布、超高斯分布三种情况，计算出了LD泵浦功率56 kW，脉冲宽度520 μs，重复频率10 Hz状态下晶体瞬时3维温度和热应力分布。研究结果表明：由于脉冲工作方式，晶体各节点温度随时间呈锯齿形变化，经过一段时间后吸热和冷却效果达到平衡，介质温度呈周期性变化；在相同泵浦峰值功率条件下，超高斯泵浦能量分布引起的温升和热应力最小，其最大值分别为103.3 ℃和47.6 MPa；有效泵浦功率密度达到10 kW/cm²量级时，介质极可能发生热致断裂。     

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器时变热效应分析

建立了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦棒状Nd:YAG增益介质时变热效应理论计算模型。采用有限元Ansys软件模拟分析了脉冲LDA侧面泵浦大能量固体激光器的时变热效应特性。研究结果表明,所研究的脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器热效应具有时变特性,介质横截面内中心点处的稳态温度场分布随时间呈锯齿形周期变化,锯齿形变化频率为LDA泵浦频率,脉冲LDA泵浦参数对介质稳态温度场分布有较大影响。分析和计算了介质内热梯度、应力双折射以及激光晶体端面效应等导致的晶体热透镜焦距。计算表明,介质的热焦距主要来源于介质内温度梯度引起的热透镜焦距。     

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器时变热效应分析北大核心CSCD

建立了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦棒状Nd:YAG增益介质时变热效应理论计算模型。采用有限元Ansys软件模拟分析了脉冲LDA侧面泵浦大能量固体激光器的时变热效应特性。研究结果表明,所研究的脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器热效应具有时变特性,介质横截面内中心点处的稳态温度场分布随时间呈锯齿形周期变化,锯齿形变化频率为LDA泵浦频率,脉冲LDA泵浦参数对介质稳态温度场分布有较大影响。分析和计算了介质内热梯度、应力双折射以及激光晶体端面效应等导致的晶体热透镜焦距。计算表明,介质的热焦距主要来源于介质内温度梯度引起的热透镜焦距。     

片状热容激光器热效应有限元分析

 基于激光介质的非均匀内热源模型，利用有限元数值方法，模拟计算了热容模式下高功率激光二极管阵列(LDA) 重复脉冲泵浦片状激光介质的瞬态温度分布和热应力分布及其波前畸变和应力双折射。结果表明:热容模式下，当增益介质不能够被全口径泵浦时，也会出现严重的热效应，介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中，介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随泵浦光斑尺寸缩小而增大；而当全口径泵浦时，介质表面热形变大大减弱，较小的拉应力存在于介质内部，而且泵浦光斑和介质的几何形状对热分布有很大影响。结果还表明，介质片表面变形和热光效应是产生波前畸变的主要原因，而热应力双折射产生的附加相移与激光介质的切割方向有关，它对光束产生较大的退偏作用，从而影响激光器的输出性能。理论模型得到了实验结果的验证。     

高功率环形激光二极管阵列重复脉冲抽运激光器中棒的瞬态温度分布

 采用光线追迹方法和有限元方法，对高功率环形激光二极管阵列（LDA）重复脉冲抽运Nd:YAG激光器中，棒的瞬态温度分布进行了详细的计算模拟，分析比较了不同抽运阶段、抽运频率及占空比的情况下棒内的瞬态温度分布。结果表明：高功率环形LDA重复脉冲抽运时，棒中心处温度随时间变化成锯齿形分布，棒内温度随抽运频率和占空比的增大而增大，最后温度随时间成周期性变化。     

LDA侧面泵浦Nd:YAG激光器的热效应分析

 在高斯光强近似下对泵浦LD光强分布模型进行修正，建立了LDA侧面泵浦固体激光介质内热源分布的数值模型。用有限元法计算模拟了三角均匀分布侧面泵浦结构激光棒瞬态温升过程及稳态温度分布情况。讨论比较了泵浦源的高斯强度近似和均匀强度近似下激光棒内温度分布情况，并对激光棒的类热透镜的焦距进行实验测量。实验和数值计算说明了LDA泵浦结构和冷却场的非均匀分布使实际温度场偏离均匀泵浦时的二次曲线分布模型，激光晶体热效应产生的类透镜会聚作用的不对称导致了激光器输出光束质量在x，y方向上的不同。     

无水冷LD侧面泵浦Nd∶YAG固体激光放大器

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算,模拟出输出激光特性,即随着放大器泵浦电流的增加,放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加,呈线性增长趋势,在泵浦电流为80A时,输出光能量逐渐饱和,最大输出能量为798mJ.实验中,放大器入射光源采用脉冲能量为350mJ、重复频率为10Hz、脉宽为10ns的脉冲激光,放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5mm×134mm,Nd~(3+)的掺杂浓度为1.1%,泵浦功率最大24kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10Hz,泵浦电流为80A,泵浦脉冲宽度为200μs时,获得了最大脉冲能量为700mJ、脉冲宽度为10ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.     

LD预泵浦条件与Cr4+,Nd3+:YAG微片激光器的输出特性

 建立了LD预泵浦的被动调Q平平腔Cr⁴⁺,Nd³⁺:YAG微片激光器模型,分析了预泵浦参数与激光脉冲时间特性的关系,设计了LD预泵浦的Cr⁴⁺,Nd³⁺:YAG微片激光器实验,测量了不同预泵浦参数下激光单脉冲以及脉冲序列的时间特性。实验结果与数值计算结果基本符合：调节预泵浦参数使每个泵浦脉冲刚好对应输出单个激光脉冲时,固定脉冲泵浦宽度,脉冲泵浦速率随连续泵浦速率的增加呈一次函数减小;固定连续泵浦速率,脉冲泵浦速率随脉冲泵浦宽度的增加呈非线性函数减小。结果还表明,激光脉冲半高全宽随整体泵浦速率的增加而减小,峰值功率随整体泵浦速率的增加而增加;当整体泵浦速率在阈值附近变动时,激光单脉冲时间特性的变化最为明显。     

Nd:YAG方形薄片激光器3维温度及热应力的数值模拟

 在有限差分迭代方法的基础上,利用MATLAB程序模拟计算了在超高斯泵浦光连续作用下Nd:YAG薄片激光器中方形薄片介质的3维瞬态和稳态温度分布。根据热平衡微分方程和热弹性体边界条件,由3维温度分布数值模拟了介质的3维位移和热应力。有限差分迭代方法避免了常规的有限元法需要求解超大稀疏矩阵而导致的占用系统的内存数增加和计算速度等问题。模拟计算得到的介质温度分布和应力分布与实验结果相符合。     

钕玻璃的热致断裂及泵浦极限

以激光介质的第一主应力为评判标准,依据Griffith微裂纹理论作为断裂临界应力,基于已报道的断裂实验数据和3维、瞬态的有限元计算,建立了预测一定泵浦参数下钕玻璃断裂可能性的Weibull统计模型,同时分析了影响介质泵浦极限的其它因素。结果表明:材料的抛光工艺决定了介质的断裂应力;对于短脉冲大能量方式工作的钕玻璃介质,基于美国2 0世纪9 0年代的抛光水平,1 Hz以下低重频时应优先考虑18 kW.cm-2的泵浦饱和极限,10 Hz以上高重频时应优先考虑介质的断裂极限。     

通量可控的双壁碳纳米管水分子泵

以双壁碳纳米管作为基本单元设计了一种新型纳米机械水泵, 其内管固定作为水分子通道, 外管做活塞式轴向运动. 分子动力学计算表明, 水分子净通量及管内水分子电偶极矩分布均与外管运动速率有强烈耦合效应. 该设计可以实现水分子的高效单向运输, 且输运效率可以通过外管活塞运动的速率进行调控. 这些发现可为未来实用纳米分子泵器件的设计提供新的思路.     

射击模式对身管温度场影响的研究

以某5.8mm自动步枪身管为研究对象,基于经典内弹道和传热学基本原理,运用一种热-化学方法,建立了三维瞬态身管传热有限元模型,研究了不同射击模式影响下的身管温度场。研究表明:1)镀层对于身管内膛最高温度影响高达12.5%,在身管热分析中不可忽略;2)半自动模式膛内温度比全自动模式降低15.7%;3)对于同样的射弹数,射频的提高与外壁最高温度呈负相关,且最高温度区域会逐渐向身管尾部移动。研究结果可为探讨及解决热散问题提供一定的参考价值。     

Laser heating of semi-infinite solid with consecutive pulses: Influence of materaial properties on temperature field

The heating of solid surfaces using consecutive laser pulses is studied and the temperature field inside slabs with different thermal properties is predicted. A Gaussian beam intensity distribution is assumed at the irradiated surface and axisymmetric heating situation is accommodated in the numerical simulations. The materials selected include titanium, stainless steel, tantalum, nickel, and aluminum. A control volume approach is introduced to discretize the governing equation of heat transfer. It is found that temperature rise in the early heating period is higher than that in the later heating period. The temperature difference between two consecutive pulses is higher in the heating cycle than that corresponding to the cooling cycle of the consecutive pulses.     

辐射器漫反射定向管表面热辐射方向性

为了得到辐射能的方向分布特性,利用蒙特卡罗法,研究了定向管内壁面为不等温灰体、其底部假想圆型辐射器为黑体时,管内壁发射率、管长与半径比、管内空气流速等参数的变化对管口表面当量定向发射率的影响,计算结果表明:管长与半径比增加,管口表面较大的当量定向发射率向小角度的天顶角方向移动,空气流速仅影响当量定向发射率数值大小。     

全玻璃真空太阳能热水器强化换热机理分析

本文应用Ansys Fluent软件对加装导流板全玻璃真空太阳能热水器内自然对流流场进行三维数值模拟计算,并与实验进行对比分析,通过改变导流板长度和位置改善热水器内的流动和换热。结果表明,与无导流板结构相比较,加装导流板后管内涡流消失,流体流动稳定,有利于管内自然对流,增强了换热效果,水箱内温度分层效果明显,有助于提高换热效率;同时得出导流板长度最佳选择范围为1.4～1.6 m,导流板加装在玻璃管中间位置与距管中间位置偏下1/2之间范围内更有助于换热。     

Traveling wave tube measurements for low-frequency properties of underwater acoustic materials

A traveling wave tube measurement technique for measuring acoustic properties of underwater acoustic materials was developed.Water temperature and pressure environments of the ocean can be simulated in a water-filled tube,and the acoustic parameters of samples of underwater acoustic materials are measured in the range of low-frequency.A tested sample is located at central position of the tube.A pair of projectors is separately located at both ends of the tube.Using an active anechoic technique,the sound wave transmitting the tested sample is hardly reflected by the surface of secondary transducer.So the traveling sound field is built up in the tube.By separately calculating the transfer functions of every pair of double hydrophones in the sound fields from the both sides of the sample,its reflection coefficients and transmission coefficients are obtained.In the measurement system,the inside diameter of the tube isΦ208 mm,the working frequency range is from 100 to 4000 Hz,the maximum pressure is 5 MPa.The reflection coefficients and transmission coefficients of a water layer and a stainless steel layer samples are measured actually and calculated theoretically.The results show that the measured values are in good agreement with the values calculated,and the measurement uncertainty is not greater than 1.5 dB.     

基于涡流管能量分离效应的温度分布实验研究

在入口温度、压力不变的条件下,改变冷流比,分别对不同冷流比工况下的涡流管内温度分布进行了实验测试,同时对不同冷流比工况下的实验结果进行比较,研究表明:在同一轴向端面处,温度由轴心向壁面呈现不断增大的趋势,在壁面附近处达到最大值;在同一径向位置处,温度随着轴向位置的增大不断增大,在涡流室的轴心处,温度达到最低,而在热端出口的壁面处,温度达到最大。在冷流比为0.1563时,温度沿径向呈增大趋势,而在冷流比为0.7158时,温度沿径向呈现先降低后增大的趋势;在实验研究范围内,同一测点处,温度随冷流比的增大而增大。     

Tunable phase-stabilized infrared parametric laser source

This paper reports that the tunable self-phase-stabilized infrared laser pulses have been generated from a two-stage optical parametric amplifier. With an 800 nm pump source, the output idler pulses are tunable from 1.3 μm to 2.3 μm, and the maximum output energy of the idler pulses is higher than 1 mJ at 1.6 μm by using 6 mJ pump laser. A carrier-envelope phase fluctuation of ～ 0.15 rad (rms) for the idler pulses is measured for longer than one hour by using a home build f-to-2f interferometer.     

掺镱光纤激光器自脉冲与自脉冲内的自锁模研究

采用单端连续抽运方式, 对自由运转的双包层掺镱光纤激光器的输出特性进行了详细的实验研究. 实验中不但观察到了自脉冲, 而且首次在自由运转的光纤激光器中观察到自锁模现象, 对它们产生的物理机理进行了相应的理论分析. 分析表明: 增益光纤的弱(未) 抽运部分对信号光的吸收导致光纤激光器内自脉冲的出现, 轴向模之间的拍频和自相位调制导致自锁模现象的出现, 而受激拉曼散射、 受激布里渊散射等非线性效应使它们进一步增强. 当抽运光功率略高于阈值时, 自脉冲宽度比较宽, 随抽运光功率增加自脉冲的脉宽变窄; 自脉冲包络面内的自锁模脉冲的宽度随抽运光功率增加也变窄, 进一步增加抽运光功率, 自脉冲和自脉冲包络面内的自锁模现象消失. 实验测得自锁模脉冲的间隔为224 ns, 最大(小) 自锁模脉冲的半高全宽约为35.0 ns (6.3 ns); 测得信号光的中心波长为1090 nm, 谱线半高全宽的最大(小) 值约为7.05 nm (2.01 nm).     

超宽带近红外和蓝光飞秒激光脉冲产生的实验研究

增益介质中泵浦光束提供的软光阑效应对于实现克尔透镜稳定锁模及其超宽带光谱脉冲的产生具有非常重要的作用.实验上首先对半导体泵浦全固化钛宝石飞秒激光器的锁模动态特性进行了研究,在4 W绿光泵浦状态下获得了平均输出功率为570 mW、中心波长在794 nm～835 nm范围内调谐、光谱带宽最大可达135 nm的近红外光脉冲输出,其相应的时域变换极限脉冲宽度均小于10 fs.另外,将光束聚焦在超薄BBO晶体上,获得了中心波长在418 nm～429 nm之间调谐、光谱宽带时域变换极限小于15 fs的蓝光飞秒脉冲.