高精度激光微能量校准技术研究

利用斩波器将连续激光斩波成为脉冲宽度s量级重频脉冲激光,利用选单器将重频脉冲激光转变成单脉冲激光,从而实现变连续激光为单脉冲激光。由陷阱探测器测量连续激光的输出功率,高速APD、高增益PIN探测器作为波形探测器测量脉冲激光波形,并通过示波器对脉冲宽度进行测量。依据测量得到的功率和波形就可得到脉冲激光能量,从而实现了0.2 pJ激光微能量的测量和校准,通过不确定度分析,该装置的pJ激光能量测量不确定度达到了0.42%。     

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%。     

绝对吸收式激光能量计高准确度校准技术研究

采用量热法的高能激光能量计用于测量能量大于50 kJ的连续波高能激光能量,通常用已知功率的连续激光开展激光能量计的光电校准需要激光照射时间超过20 min,而由于热损失等原因,进行长时间激光能量校准时,校准不确定度高达12%。以量热式平面吸收高能激光能量计为模型,从理论上分析了热辐射、热对流对连续波高能激光能量测量结果的影响,得到了较准确的平面吸收腔激光能量计冷却数学模型,实现了能量计热损失补偿,并通过建立相应的实验装置验证了该模型,用其对装置的测量结果加以修正,可使光电校准的测量不确定度减小到1%以下。     

宽波段高精度激光能量计设计

针对宽波段、高精度、大能量范围的激光能量测量需求,设计了激光能量计。利用快速响应的热电堆作为传感器,在热电堆探测面涂覆高吸收率碳纳米烯材料,实现了宽光谱吸收。采用大小2个热电堆探测器布置于能量计正反两面的方法,使能量计具有1 mJ～40 J超宽能量范围,并且具有较高的测量精度。利用有限元仿真软件建立了吸收腔热路结构的三维有限元模型,并对不同类型的激光脉冲做了加热模型模拟仿真。根据仿真结果,对探测器的线性进行了修正,从而减小了由于传感器的输出电信号与被测光信号之间的非线性所导致的测量误差。用激光能量计标准装置对能量计进行了标定实验,测量结果表明,经修正后激光能量计的测量重复性优于0.6%,线性度优于1.1%。将激光能量计溯源到国家激光能量基准,测量相对扩展不确定度达到2.5%（k=2）的优异水平。     

飞焦级脉冲激光能量测量方法研究

为解决1 fJ～1 pJ脉冲激光能量的测量问题,提出了一种基于时域波形积分的飞焦级脉冲激光能量测量方法。该方法采用光电倍增管（PMT）获得飞焦级脉冲激光的响应信号,该微弱响应信号经放大、校准与激光脉冲时域波形积分后实现飞焦级脉冲激光能量测量。根据该方法设计了飞焦级脉冲激光能量测量装置,并分析了该装置的测量不确定度。实验表明,该装置实现了波长1 064 nm、脉冲宽度5 ns～1 s、能量范围1 fJ～1 pJ的脉冲激光光源的能量测量,测量不确定度为15.8%。     

一种新型激光参数综合测试仪

最近，北京测量与通信总体技术研究所设计并研制了一种激光参数综合测试仪。该测试仪主要由激光发射参数测试分系统、激光接收参数测试分系统、数据处理分系统及其辅助设备组成。激光发射参数测试分系统主要完成脉冲能量、输出功率、功率稳定性、脉冲宽度、工作重频、脉冲编码、激光发散角等参数的测试，包括激光功率能量计、数字存贮示波器、光斑测试仪等。激光接收参数测试分系统主要用于激光接收机灵敏度与动态范围等参数的测量。由激光光源、可变激光衰减器、激光功率能量计等组成。     

一种激光能量计标定装置

一、前 言 随着激光技术应用日益广泛,激光参量的准确测量和标定工作越来越显得重要.为了对各种激光能量计进行分度、校准和比对,就需要建立脉冲能量标定装置.这种标定装置大体有两类,一类是以标准激光能量计为基础[1,2],另一类则以标准功率计为基础[3,4].本文叙述后一类型的激光能量计标定装置.它采用性能稳定的大功率白炽灯作为辐射源,把连续辐射变为较强的脉冲辐射,从辐射功率标准过渡到辐射能量标准.整个标定装置的光束辐射功率在10毫瓦至0.6瓦以上,可产生不同能量和脉宽的光束进行标定. 二、原 理 我们知道,光辐射的能量是功率的累积结…     

高能激光能量计溯源问题研究北大核心

由于高能激光能量计标定过程中没有标准的能量测量装置和标准的激光源,无法采用常规方法对其进行标校。提出了一种利用现有小能量计从低到高逐级多次传递不确定度的方法,以及一种利用能量等效原理对激光能量计进行标校的方法。不确定度传递法方法简单,但环节较多导致不确定度较大。等效标定法包括电标法和光标法,电标法对设计要求较高,但求解过程相对简单。光标法工程实现难度要低得多,但必须事先对灯组余热及热损失进行测算。等效法的三个条件与误差大小关系紧密,在结构设计中必须严格考虑,它是提高测量准确性的根本,其次要尽量减少不确定度传递的中间环节,最后需要对误差项进行科学分析和测定,在此基础上对这些项进行相应的修正和补偿。     

太瓦飞秒脉冲激光峰值功率测量装置及测量不确定度分析

超短超强脉冲激光（飞秒强激光）具有极高的峰值功率,在激光惯性约束聚变、高能物理、激光微加工等领域具有广阔的应用前景。飞秒脉冲激光峰值功率是评价超短超强脉冲激光系统性能的重要参数。介绍了基于光谱相位相干直接电场重构法的太瓦量级飞秒脉冲激光峰值功率测量方法、测量装置组成和工作原理,搭建了一套太瓦量级的飞秒脉冲激光峰值功率测量装置,分析和讨论了影响太瓦激光峰值功率测量结果的测量不确定度分量来源和主要因素。测量峰值功率的重复性为2.9%,测量不确定度达到17.6%(k=2),有效解决了太瓦量级飞秒激光峰值功率测量问题。     

AlGaInAs半导体饱和吸收体调Q特性的理论与实验研究

利用通过金属化学气相沉积法长成的AlGaInAs饱和吸收体,对808nmLD泵浦的Nd∶YVO4键合晶体进行被动调Q,获得了波长为1.06μm的激光脉冲,测量了脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复率随泵浦功率的变化.当泵浦功率为10.57W时,激光平均输出功率为3.45W,斜效率为39%,重复频率达到最大值101kHz.当泵浦功率为8.07W时,脉冲宽度达到最小值1.76ns.利用速率方程对该激光器进行理论分析,计算出输出脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度和重复频率的理论值,实验结果和理论结果基本一致.     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点，为准确测量其峰值功率，提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法，设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。     

20 kV高压脉冲幅度校准装置设计

针对高压脉冲幅度的量值传递需求,开展了脉冲幅度1～20 kV、脉宽1～100μs的高压脉冲幅度校准装置设计。校准装置以高压MOSFET器件为核心,搭建多级Marx结构实现高压脉冲成型,同时通过截尾回路的设计缩短脉冲下降时间,实现矩形脉冲波形的输出。在Marx结构基础上开展装置整体设计,通过触发脉冲信号及高压直流电源电压调节脉宽与幅度,通过隔离电源及光信号保证了高压隔离强度。装置采用高准确度高压探头和数据采集卡构成校准装置的内部测试系统,其测量值作为校准装置的标准量值,经评定装置脉冲幅度不确定度为2%,并通过两台比对法进行了验证。采用其他多型高压探头对校准装置进行实验测试,结果表明与低压脉冲校准源测试相比,高压脉冲可明显有效地表征高压探头的性能及测量准确度,同时本装置也可作为高压脉冲发生器应用于脉冲功率领域其他用途。     

7.13 W全固态1 319 nm宏微脉冲激光器

 研制了一台高效率全固态平均功率7.13 W的1 319 nm宏微脉冲激光器。激光器采用热稳Z形折叠腔,增益模块采用自行研制的准连续15个二极管芯片环形泵浦的Nd:YAG模块,采用主动声光锁模器作为锁模元件,并在腔内插入倍频KTP晶体对激光器的输出尖峰进行抑制。为了获得稳定的锁模状态,对激光器腔长进行了精确设计和调节。当激光器腔长与锁模器驱动频率匹配时,获取了宏脉冲重复频率400 Hz、脉宽约190 μs,微脉冲重复频率95.6 MHz、脉宽小于1.0 ns的1 319 nm激光脉冲。     

皮秒级时间分辨超快高能脉冲激光光谱

介绍了一种利用光电摄谱法和条纹管相结合测量ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的方法。论述了条纹相机工作原理和平面衍射光栅的分光原理,分析指出利用介绍的装置,可以实现波长300 nm ～1 600 nm、脉宽＞2 ps超快高能脉冲激光的光谱测量。采用1 054 nm超快高能脉冲激光器,实验得到了条纹像,对条纹像进行数据处理后得到测量光谱曲线,通过能量标定后,得到了超快高能脉冲激光器实际光谱曲线,验证了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱方法。讨论了系统中耦合透镜组对光谱测量和光纤色散角对条纹图像的影响,论述了ps级时间分辨超快高能脉冲激光光谱的作用。随着条纹管制造技术的飞速发展,该方法可用于fs级激光光谱的测量。     

中红外激光功率密度探测单元的研制

 采用室温光导型HgCdTe探测器,研制了可用于中红外激光功率密度测量的探测单元,主要包括衰减片、探测器、放大电路、数据采集和信号处理５个部分。分析了室温中红外HgCdTe光电探测器的温度特性,并提出了探测器响应率温度自适应校正模型。该探测单元工作温度为－40～30 ℃,功率密度测量不确定度小于20％。     

Diode-pumped Nd:YLF slab master oscillator power amplifier laser system with 655 m J output at 50 Hz repetition rate

A laser-diode-pumped high-pulse-energy Nd:Li YF4 master oscillator power amplifier 1053 nm laser system is demonstrated. We design a home-made pump module to homogenize the pump intensity through the ray tracing method. To increase the extraction efficiency, the pre-amplifier adopts a double-pass amplification structure. At a repetition rate of 50 Hz, 655 m J pulse energy and 12.9 ns pulse width of 1053 nm laser is obtained from the master oscillator power amplifier system. The corresponding peak power is 51 MW. The optical-to-optical efficiency of the system is about 9.7%.     

Stable mode-locked fiber laser using 49 cm long bismuth oxide based erbium doped fiber and slow saturable absorber

A stable mode-locked fiber laser employing a 49 cm long bismuth oxide based erbium doped fiber (Bi-EDF) by using a slow saturable absorber is demonstrated. Near transform limited short pulses with a repetition rate of 8.27 MHz are obtained at a wavelength of 1560 nm with a maximum spectral width of 15 nm. Results indicate that pulse characteristics are strongly dependent on pump power rather than spectral width. Moreover the Time-Bandwidth products (TBWP), pulse duration, the energy fluctuation and timing jitter decrease with increasing pump power. The pulse width is continuously varied from 1.2 ps to less than 300 fs. It produces stable mode locking with a maximum spectral width of 15 nm, minimum timing jitter of 4 ps and energy fluctuations of 2.5%. The pulse train was amplified using a two-stage amplifier up to 447 mW average power corresponding to peak powers of 177.3 kW.     

纳秒级脉冲激光自动跟踪积分式测量方法

介绍了一种纳秒级脉冲激光光斑能量分布测量电路的设计方法,采用自动跟踪积分方式,根据预测先将脉冲光电流积分并保存,然后用速度较低的A/D芯片进行A/D转换,该方法避免了采用高速A/D芯片,且可以获得较高的采样分辨率,特别是在需要采集的通道数较多时具有明显优势。