组合式钕玻璃片状激光放大器增益性能的动态模拟

用随时间变化的氙灯辐射光谱模型,建立了组合式钕玻璃片状激光放大器动态增益特性的模拟程序,实现了从氙灯放电到引出激光的全过程动态模拟,可用于片状激光放大器的优化设计.研究了:1)放大器在不同的抽运条件下水平方向的增益均匀性,当氙灯爆炸系数比较高时,自发辐射放大优先使片的边缘产生消抽运作用,增益分布变得不均匀,通光口径的中央处增益较大;2)片厚度和掺杂浓度对增益性能的影响,在相同的抽运条件下,储能通量由片厚度与掺杂浓度的乘积决定,给出了储能通量和小信号增益随片厚度与掺杂浓度的乘积的变化关系 关键词： 钕玻璃激光放大器 储能密度 增益特性     

大口径高性能激光钕玻璃研究进展

 在概述国内外高功率激光钕玻璃的发展及其主要性质的基础上,重点论述了上海光学精密机械研究所在大口径N31高功率激光钕玻璃半连续熔炼工艺、连续熔炼工艺、包边工艺等方面的研究进展。报道了半连续熔炼工艺制备的不同Nd₂O₃浓度N31钕玻璃的光吸收损耗和荧光寿命及小信号增益系数,并给出了这些钕玻璃坯片小信号增益系数的波动范围。通过对半连续熔炼和连续熔炼工艺制备的N31激光钕玻璃主要性能的比较,证明连续熔炼工艺制备的N31钕玻璃的主要性能指标与半连续熔炼的性能相当。对于400 mm大口径N31钕玻璃坯片的包边进行了模拟考核,结果表明,采用现有包边工艺的钕玻璃可以承受1 000次高功率氙灯辐射。     

组合式片状放大器热恢复模拟研究

 针对组合式片状放大器工作时的热量沉积特性,分析了氙灯箱和片腔的冷却过程,重点研究了激光介质钕玻璃片的热恢复过程。初步的热分析表明,为每支氙灯提供4.7×10^-3m³/s的冷却气量以及为每个片腔提供7.6×10^-3m³/s的冷却气量时能够满足装置4小时一发的运行频率要求。     

氙灯泵浦钕玻璃放大器储能效率研究北大核心CSCD

按照激光放大器能量传输和转化过程,利用激光速率方程和氙灯辐射方程、光线追迹软件等理论方法和分析计算工具,对氙灯泵浦钕玻璃激光放大器进行储能效率和能量转换环节的理论分析以及定量、半定量计算,系统分析各种能量转化与损耗因素对放大器储能效率的影响。理论研究的成果与放大器实验考核的结果相一致。     

高功率激光放大器片腔洁净度实验研究

 在氙灯放电泵浦过程中,放大器片腔内材料在高强度氙灯光辐照下,存在显著的热解过程,产生大量的微米级悬浮粒子。在两种实验条件下对粒子数进行了测量：一是放大器氙灯泵浦结束之后悬浮粒子的自然消散过程;二是氙灯泵浦结束之后利用大气流量的超纯氮气冲洗片腔之后的粒子数测量。研究结果表明,正常情况下,氙灯泵浦结束后片腔洁净度达到了10~50万级气溶胶的水平(在粒子直径Φ 0.5 μm的水平上)。利用大气流量的超纯N₂气冲洗片腔能够在短时间内显著地提高片腔的洁净度。     

大口径方光束片状放大器小信号增益实验研究

 介绍了一台24cm×24cm的大口径钕玻璃片状放大器,并且在不同充电电压下进行了实验测试。在充电电压为22kV、泵浦能密度为14.62J/cm ³的条件下,获得了4.9%cm ^-1的小信号增益系数和2.43%的储能效率。     

基于新型长周期光纤光栅的掺铒光纤放大器

报道了基于高频CO₂激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅的低噪音掺铒光纤放大器,这种新型长周期光纤光栅是用大约几千Hz的高频CO₂激光脉冲对光纤玻璃热冲击作用而形成的.在铒纤中插入一个长周期光纤光栅,会明显减少掺铒光纤放大器的放大自发辐射(ASE)噪音.报道了两种低噪音掺铒光纤放大器,作为前置放大器和线路放大器,它们的ASE噪音指数分别从4.0 dB减少到3.5 dB和从4.8 dB减少到4.3 dB,并且在作为线放时,其小信号增益从30 dB提高到37 dB,降噪及提高增益效应十分显著.     

溶胶-凝胶法Er2O3薄膜的结构和光学特性

针对稀土Er掺杂Si光源中Er离子掺杂浓度低的问题,采用溶胶-凝胶（Sol-gel）法在Si(100)和SiO2/Si(100)基片上旋涂法制备Er₂O₃光学薄膜,Er离子浓度与以前掺杂方法相比提高了2个数量级.900 ℃热处理获得单一立方结构的Er₂O₃薄膜材料.光致发光（PL）特性研究表明在654 nm波长的激光泵浦下,Er₂O₃薄膜材料获得了1.535 μm的发光峰,并具有较小的温度猝灭1/5.在SiO₂/Si(100)基体上制备的Er2O3薄膜材料的光致发光强度比Si(100)基体上制备的薄膜提高2-3倍.研究结果表明具有强光致发光特性的Er₂O₃薄膜是一种有前景的硅基光源和放大器材料.     

Cl/HN3/I2全气相化学激光体系的化学动力学模拟计算

 对Cl/HN₃/I₂产生NCl(a)/I激光的过程进行了化学动力学计算，主要考察了Cl,HN₃和I₂的初始粒子数密度及其配比对小信号增益系数的影响。结果发现,当温度为400K, 初始Cl粒子数密度为1×10¹⁵，1×10¹⁶和1×10¹⁷cm^-3时,小信号增益系数分别达到1.6×10^-4,1.1×10^-3和1.1×10^-2cm^-1，获得最佳小信号增益系数的HN₃和I₂的初始粒子数密度分别为初始Cl粒子数密度的1～2倍和2%～4%。同时，对Cl，HN₃和I₂配比对小信号增益系数和增益持续时间的影响进行了讨论。     

60keV N2+轰击生成BN纳米结构

报道了N2+离子轰击BN固体样品过程中,弯折BN片纳米结构和笼状小BN分子的形成.高分辨透射电子显微分析表明,厚度小于13nm的BN片具有高度可弯折性,也观察到了一些直径为0.4—1.8nm,接近于B₁₂N₁₂, B₁₆ N₁₆和B₂₀₈N₂₀₈的8面体笼状物.基于束流-固体相互作用观点,讨论了这些BN纳米结构的形成原因.     

用蒙特卡罗方法计算棒状放大器内的泵浦能量分布

建立了用蒙特卡罗和光线跟踪法计算高功率固体激光系统棒状放大器能量沉积分布的模拟程序。在本文的模型中正确考虑了光线在反射器激光棒上的多次反射，氙灯的辐射光谱以及钕玻璃的吸收光谱。计算结果与作者用阈值法测量的增益均匀性以及用哈特曼网格法测量的氙灯泵浦对激光波面畸变的影响是一致的。     

Performance characteristics of a Nd: glass laser amplifier from fluorescence emission studies

The dependence of cavity transfer efficiency of a Nd: glass laser amplifier on flashlamp current density is obtained from the analysis of amplified fluorescence. The cavity transfer efficiency decreases as the current density through the flashlamps is increased. The use of the fluorescence method in optimizing the flashlamp pulse duration for achieving maximum gain in the amplifier is illustrated.     

Nd：YAG板条激光增益介质封装技术研究进展北大核心CSCD

为实现大尺寸、高储能的Nd:YAG板条激光增益介质模块的高可靠性工作,必须找到合适的封装工艺解决大尺寸无空洞、低热阻界面连接问题和界面低应力、低透射波前畸变问题。在充分了解板条激光增益介质和冷却单元的特性后,选择了延展性好的铟作为焊料,实验得到最佳焊料层厚度,通过改进封装工艺的钎焊技术将这两部分可靠地连接在一起。改进的封装工艺实现了钎焊面积大于40cm2,空洞率小于0.5%,最大空洞面积小于1mm2的技术指标,工艺重复性大于90%。通过对焊料层的优化实现了尺寸为150.2mm×30mm×2.5mm板条激光增益介质静态透射波前畸变小于1μm,成品率优于80%,静态透射波前畸变小于1.5μm的模块成品率接近100%的技术指标。采用改进封装工艺焊接的单模块Nd:YAG板条激光器稳定输出功率达到4000 W。     

波面热畸变自校正型板条增益介质的瞬态温度分布

提出一种新的激光增益介质板条抽运结构,这种结构能对由激光增益介质板条温度分布不均所造成的波面热畸变实现自校正,并建立了这种抽运结构下激光增益介质板条的瞬态温度分布理论模型,通过解热传导方程,推导出板条增益介质的瞬态温度分布的解析表达式。同时对抽运参量分别为抽运脉冲能量为5.8×104J、抽运重复频率为2Hz和抽运脉冲能量为3.2×104J、重复频率为10Hz两种情况下两种下N-31型钕玻璃板条的瞬态温度分布分别进行了数值计算,分别给出两种情况下10s内和60s时钕玻璃板条的温度分布图并对结果进行了分析和对比,表明采用这种抽运结构的增益介质板条激光器可以以类似热容激光器的方式在短时间内实现高平均功率、高光束质量运转。     

High-efficiency flashlamp-pumped Nd:KGW laser

The laser performance of a Nd:KGW rod has been studied in a single flashlamp cavity in the free running as well as in the Q-switched mode of operation at input energies ranging from 1–25J. The results of Nd:KGW have been compared with Nd:YAG operated under identical experimental conditions. The laser extraction efficiency of the Nd:KGW rod was observed to be 2.5 times higher at a much lower threshold than that of the Nd:YAG rod. The intrinsic slope efficiency was determined to be 2.25% and 8.840% for Nd:YAG and Nd:KGW rods, respectively.     

Grazing-incidence YVO4-Nd:YVO4 composite thin slab laser with low thermo-optic aberrations

We present a novel grazing-incidence composite thin slab laser (CTSL) with an almost aberration-free gain medium. The laser consists of a 260-microm thin Nd:YVO4 plate that is diffusion bonded to an undoped YVO4 slab. The Nd:YVO4 plate is cooled at just one side, suppressing temperature gradients that would induce wave-front distortions in the laser field. The pump light of a noncollimated diode bar is directly coupled into the undoped YVO4 slab and guided by total internal reflection to the attached Nd:YVO4 plate. Since any pump-beam-shaping optics can be omitted, the laser is simple and compact. We obtained transverse multimode optical output powers of 14 and 9.3 W with M2 < or = 1.3.     

The analysis of the transient temperature distribution of double-slab Nd:YAG laser medium

A novel double-slab Nd:YAG laser, which uses face-pumped slab medium cooled by liquid with different temperatures on both sides, is proposed. The thermal distortion of wavefront caused by the non-uniform temperature distribution in the laser gain media can be self-compensated. According to the method of operation, the models of the temperature distribution and stress are presented, and the analytic solutions for the model are derived. Furthermore, the numerical simulations with pulse pumping energy of 10 J and repetition frequencies of 500 and 1000 Hz are calculated respectively for Nd:YAG laser medium. The simulation results show that the temperature gradient remains the approximative linearity, and the heat stress is within the extreme range. Then the absorption coefficient is also discussed. The result indicates that the doping concentration cannot be too large for the high repetition frequency laser. It has been proved that the high repetition frequency, high laser beam quality, and high average output power of the order of kilowatt of Nd: YAG slab laser can be achieved in this structure.     

High-energy picosecond Nd:YVO4 slab amplifier for OPCPA pumping

We demonstrate 12-ps pulses with up to 0.6-mJ pulse energy at repetition rates of 50 kHz and 100 kHz from a Nd:YVO₄ slab amplifier built in a simple four-pass configuration. Excellent noise performance with pulse energy fluctuations below 0.8% rms has been achieved by using 10-μJ seed pulses from a highly stable industrial laser system and moderate gain (30–46) in the slab amplifier.