高功率激光驱动器中的若干关键工程光学问题

高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程,其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程,工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点,以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点,从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面,综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法,为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。     

星光Ⅱ激光装置自动控制系统的研制

星光Ⅱ激光装置是一台能够输出三种波长的高功率钕玻璃激光系统，主要用于ICF基准物理实验。详细介绍了星光Ⅱ激光装置自动控制系统的研制情况，该控制系统对我国新一代高功率固体激光驱动器控制系统的设计具有一定参考价值。     

中国高功率固体激光技术发展中的两次突破

高功率固体激光是激光聚变、高能量密度物理与前沿基础科学研究必需的实验手段。上世纪六七十年代,老一辈科学家王淦昌、王大珩、邓锡铭、于敏等人以敏锐的科学洞察力与超前的战略眼光,开创了中国激光聚变研究的宏伟工程,为中国高功率固体激光技术的长远发展注入了强劲的东风。中国工程物理研究院(简称中物院)作为激光聚变研究的总体单位,联合中国科学院等国内优势单位,在国家强有力的支持下,推动与组织了中国高功率固体激光技术与装置研制的快速发展。中物院激光聚变研究中心作为高功率固体激光技术研发的总体单位之一,敢于担当、勇于创新,团结协作,坚持三十余载,实现了中国高功率固体激光技术研发历程中的两次"突破",即突破新一代高功率钕玻璃激光技术,相继研制成功了亚洲规模最大、技术先进的神光-Ⅲ原型装置和神光-Ⅲ激光装置;突破百太瓦超短超强激光关键技术,建成了国内首台输出能力高达200 TW的SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置。两次"突破",不但有力地支撑了中国激光聚变与相关基础科学研究的高速发展,同时实现了中国高功率固体激光技术发展由"望尘莫及"到"望其项背"的跨越,奠定了由"望其项背"到与美、法先进国家"三足鼎立"的坚实基础。     

激光聚变研究中心激光技术研究进展北大核心CSCD

介绍了中物院激光聚变研究中心在神光-Ⅲ主机装置建设、大口径高通量验证实验平台研制、神光-Ⅲ原型装置运行与性能提升、支撑激光驱动器建设的精密装校与洁净处理技术和精密光学检测技术、星光-Ⅲ激光装置建设、PW量级全光参量啁啾脉冲放大系统技术以及高功率波导激光技术等方面的主要研究进展情况。     

高动态范围激光等离子体诊断系统及其在惯性约束聚变实验中的应用

基于高功率激光等离子体X射线辐射谱特性,设计和研制了一种大画幅高动态范围MCP选通型分幅相机. 单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5—5ns可调.与X射线CCD比较,系统在1.0—10keV的谱响应相对平整,无高能增强效应.利用高功率激光打靶实验进行了性能考核实验,结果表明,系统的信噪比明显好于X射线CCD系统,动态范围大于3×10³. 系统已经在神光Ⅱ装置ICF物理实验中获得成功应用. 关键词： 动态范围 谱响应 激光等离子体诊断 分幅相机     

高功率激光装置总体设计的综合评估方法

 建立了较完整的高功率激光装置总体设计的评估指标体系，并运用多目标决策理论和加权综合法，初步建立了多级综合评估数学模型，以期对复杂激光装置的总体设计做出较客观的分析评价，选出合理方案；最后利用所建立的数学模型对目前四种高功率激光装置设计结构的技术性和经济性等方面进行了初步综合评估。评估结果表明，多级综合评估模型较合理，对系统总体优化设计有重要的指导作用。     

高功率Z-pinch装置5 MV主开关及开关区设计

 基于激光等离子体和过电压波击穿原理研制了应用于高功率“Z-pinch”装置的22级5 MV激光触发多级多通道开关，采用钳位环技术解决了狭小空间的匀场问题，过压自击穿间隙场分布不均匀度约为0.080，激光触发间隙场分布不均匀度约为0.056，由绝缘部件沿面电场强度决定的系统安全系数约为0.8。根据J.C.Martin公式和静电场分析计算结果，解决了高功率“Z-pinch”装置主开关及开关区的工程设计问题。     

高功率钛宝石激光放大器理论研究

从麦克斯韦方程出发，建立了宽带高功率激光放大系统的理论模型，同时用数值方法对宽带和窄带高功率激光放大器进行了计算，讨论了增益变窄效应在放大系统中对放大脉冲的影响，从理论上提出并验证了消除由放大介质发射截面不对称对脉冲造成的畸变的方法。论文对正确设计高功率激光驱动器也具有一定指导价值。     

“聚龙一号”装置荣获国家科技进步一等奖

在2018年1月8日召开的国家科技奖励大会上,《强激光与粒子束》副主编邓建军院士为项目第-完成人的“聚龙一号”装置荣获国家科技进步一等奖.“聚龙一号”装置,是中国工程物理研究院流体物理研究所独立自主研制、达到同类装置国际先进水平的超高功率脉冲装置,是我国脉冲功率技术发展的里程碑.该装置建设项目于2014年12月27日通过国家验收.作为国内首台多路并联超高功率脉冲激光装置,其采用超高功率脉冲装置驱动柱形金属丝阵负载,使其汽化并向轴心箍缩（即Z箍缩）,技术指标达到国际同类先进水平.     

基于鬼像和像差分析的高功率激光装置透镜设计

为了设计能够满足高功率固体激光装置需求的空间滤波器透镜,采用矩阵光学方法,分析光束经过单透镜传输时剩余反射形成各阶鬼像的过程,得到鬼像位置与透镜曲率半径的关系式.该关系式表明,透镜的曲率半径设计可以控制鬼像所在的区域.根据高功率激光装置光路排布的特点简化鬼像分析,利用自行开发的鬼像追迹软件分析了主放大级鬼像分布特点.通过改变透镜的曲率半径和倾斜透镜这两种方式,基于鬼像规避和像差最小化两种原则,最终确定主放大级透镜曲率半径的最优选择为1:3弯月型,凸面朗向光学元件集中的方向.该方法可普遍应用于指导高通量复杂光学系统的透镜设计.     

高功率脉冲激光系统的原理和进展

概述了高功率激光的进展，提出了高功率激光系统的设计依据：讨论了激光器单元的基本原理和技术；最后介绍了最近发展的某些激光系统。     

高功率脉冲激光系统的原理和进展

概述了高功率激光的进展,提出了高功率激光系统的设计依据：讨论了激光器单元的基本原理和技术;最后介绍了最近发展的某些激光系统。     

双包层掺Yb3+光纤激光器的关键技术

大功率光纤激光器作为第三代激光器的代表,在激光加工和激光武器方面有着重要应用.介绍了掺Yb3+光纤激光器的发展历程,理论上分析了光纤激光器的泵浦阈值和输出功率,讨论了实验过程中涉及到的大功率LD泵浦、光纤耦合和双包层光纤等关键技术,为同类激光器的改进设计和深入研究提供参考.     

高能飞秒激光系统中空间滤波器的研究和设计

 由于透镜传输时间延迟效应（PTD），飞秒激光脉冲经过空间滤波器产生脉冲波前变形。讨论了用双胶合透镜或双分离透镜代替空间滤波器中的单透镜，以消除或减小PTD效应，设计了适用于飞秒激光装置的空间滤波器。     

高功率飞秒脉冲激光器的进展

概述了超短激光脉冲技术发展的历程。详尽的论述了啁啾脉冲放大技术的原理和一些关键技术 ,并对当今飞秒激光器研究发展的状况进行了综述。在分析其应用前景的基础上 ,进一步指出了这一技术领域未来的发展趋势。结果表明 ,脉冲激光放大系统以后的发展方向是 :更短脉冲 ;追求更高峰值功率 ;连续光谱调谐化 ;向小型化乃至全光纤化发展。     

国产光纤实现直接抽运全光纤化3000 W级激光输出

基于国产光纤构建了直接抽运全光纤化主控振荡器功率放大器结构光纤激光器, 放大级分别采用武汉烽火锐光科技有限公司和中国电子科技集团公司第四十六研究所提供的国产20/400 μm掺镱双包层光纤作为增益光纤, 通过全国产化放大级实现了3050和3092 W的1080 nm激光输出. 放大级提取效率分别为67.3%和68.2%, 光-光效率分别为63.0%和63.9%. 据可查询资料, 这是公开报道的直接抽运全光纤激光输出的最高水平, 同时由于采用了国产光纤作为放大级增益光纤, 表明国产光纤具备了3 kW级光纤激光器输出能力. 通过国产光纤横截端面以及光纤熔接显微镜图像实验分析知, 光纤制造工艺的不足是导致国产光纤激光器效率低的主要原因. 继续改进光纤工艺, 提升抽运功率, 优化光纤长度, 有望实现更高功率的全国产化光纤激光器输出.     

A broadly tunable IR waveguide Raman laser pumped by a dye laser

Design and performance characteristics of a tunable ir waveguide Raman laser pumped by a high power dye laser are described. Using SRS up to third Stokes order in compressed H₂, the wavelength range from 0.7 to 7 μm has been covered without gaps. Taking advantage of a waveguide structure in the scattering chamber, energy conversion efficiencies better than 1% with power levels in excess of 80 kW for the third Stokes component have been achieved. The experimental results support the theoretical predictions that a 4-wave parametric process is responsible for the production of the third Stokes component.     

The effect of moisture content in fibre laser cutting of pine wood

This paper reports a statistical analysis of the multiple-pass laser cutting of wet and dry pine wood with a Ytterbium fibre laser. As multiple factors affect the laser wood cutting process, finding the optimal combination of process parameters is necessary to achieve good quality and high process efficiency. Design of experiments (DOE) and statistical modelling were used in this study to investigate the significant process parameters and their interactions. A high brightness, 1 kW IPG single mode, continuous wave Ytterbium doped fibre laser was employed to cut wet and dry pine wood samples. The parameters investigated are laser power, traverse speed, focal plane position (f.p.p.), gas pressure, number of passes, direction of cut (normal or parallel to wood's tracheids) and the moisture content. The experimental results were compared against process responses defining the efficiency (i.e. kerf depth and energy consumption) and quality of the cut section (i.e. kerf width, heat affected zone—HAZ, edge surface roughness and perpendicularity). It has been found that the laser cutting process was mainly affected by the moisture content and the cut direction with respect to the wood's tracheids, followed by traverse speed, laser power and the number of passes. The effect of moisture content on energy consumption in the laser cutting process of both wet and dry wood is analysed. The wood cutting results with fibre laser are compared with those from a CO₂ laser.     

未来激光探潜和对潜通信技术的发展

潜艇是现代军事力量的重要组成部分 ,对潜通信及潜艇探测是世界各军事强国正在研究的一个重要的 ,但又未完全解决的问题。在光源方面 ,美国的该项研究经历了倍频Nd∶YAG激光器、XeCL和HgBr喇曼频移激光器阶段 ,目前正在进行LD泵浦LiSAF类激光器的研究 ,中国的此项研究还停留在闪光灯泵浦的倍频Nd∶YAG激光器阶段。 90年代出现的Cr3 +∶LiSAF激光器及其倍频“海军蓝”激光极有希望成为新一代水下应用激光器 ,其 45 7 5nm波长是水下应用的最佳波长。经过改进的Cr3 +∶LiSGaF晶体更是保持了Cr3 +∶LiSAF的优点 ,克服了其热特性差的缺点。Cr3 +∶LiS GaF的另一个优点是可以用红光LD泵浦 ,可制成全固态高效紧凑的激光系统 ,易于达到军用要求     

808nm大功率半导体激光迭阵偏振耦合技术

随着半导体激光器在工业、军事、核能等领域的应用越来越多,单个迭阵输出的光功率密度已经不能满足实际的需求,这就需要将多个半导体激光迭阵的光束耦合成为一个共同的光束,以提高输出功率和亮度.所以采用怎样的光束耦合技术能实现高亮度、高质量的激光输出就成了一个关键性的问题.对于该技术的研究,国内还没有实验方面的报道.主要介绍了大功率半导体激光器偏振耦合原理、实验的技术路线,以及对808nm半导体激光迭阵进行耦合实验的结果及分析.对2个bar、功率为40W/bar的808nm连续半导体激光迭阵,实现偏振耦合的总效率超过90%,聚焦得直径为3mm光斑,输出功率达到134W,总体效率超过84%.对7个bar、峰值功率100W/ba、r占空比20%的808nm准连续半导体激光迭阵进行了偏振耦合,其效率达到67%,得到4.5mm×4.5mm的光斑.