金刚石窗口冷却Yb3+∶YAG DPSSL设计

针对高功率二极管重复率抽运的V型非稳腔Yb3+∶YAG激光头，提出了利用金刚石窗口冷却和直接水冷相结合的复合冷却设计.在YAG片的抽运面进行直接水冷，同时在激光提取面利用金刚石窗口冷却介质.金刚石优异的导热性能不仅能够有效地冷却激光介质，还能消除横向的温度梯度，解决了高功率激光器冷却和高功率抽运的矛盾.模拟结果表明对掺杂10 at %厚度为1.6 mm的Yb3+∶YAG片在抽运功率密度为20 kW/cm2，重复频率为10 Hz的条件下，要将最高温度控制在可接受的范围内（比如320 K），周围冷却水的对流换热系数约为4000 W/m2K.     

Yb离子抽运动力学及脉冲储能特性研究

从准三能级Yb离子的能级结构出发，建立了Yb离子的抽运和激光速率方程，结合解析和数值方法，研究了Yb激光介质的抽运动力学过程，包括抽运激发效率、最低抽运强度、激光能量提取效率等关键参数.比较了三类典型的Yb激光介质性能：Yb:S-FAP,Yb:YAG以及Yb:FP-glass.以放大自发辐射(ASE)为设计判据，重点研究了脉冲储能型Yb激光器的设计准则，包括增益介质的厚度与掺杂浓度.最后利用此模型给出了基于Yb:S-FAP以及Yb:YAG的100J级二极管抽运固体激光器(DPSSL)的总体设计参数.将对基于Yb激光介质的脉冲储能型DPSSL的设计提供有益的参考. 关键词： Yb离子 速率方程 抽运动力学 二极管抽运固体激光器     

脉冲激光诱导光纤损伤的测试方法

 针对传能光纤的高峰值功率激光损伤过程，研究了光纤损伤测试方法。实验装置搭建中增加了定位孔，有利于激光注入光纤对准；分别采用刀口法和CCD法对入射光束不同截面处光斑大小进行了测量，两种方法的测量结果基本一致。参考GJB1487-92激光光学元件测试方法和ISO11245光学表面的激光诱导损伤阈值测试方法，采用N-ON-1损伤测试和有效光斑面积计算方法对芯径为400 μm的石英包层阶跃折射率石英光纤进行了损伤阈值测试。实验发现：光纤损伤部位全部为入射端面，利用200倍显微镜观察光纤端面，出现明显永久性损伤点。最后采用统计学原理和线性拟合等方法得出测试光纤的端面零概率损伤阈值为3.85 GW/cm²。     

双色膜V形有源镜结构的固体热容激光器输出特性

 为了避免片状布儒斯特角结构热容激光器由热退偏造成的腔内高动态损耗，采用双色膜技术研制了V形有源镜结构固体热容激光器。该激光器采用曲率半径为5 m的平凹稳定腔结构，共8片Nd:YAG介质，每片介质表面采用双色膜层设计，每2片构成一个模块，由3支氙灯提供能量，激光器由4个模块构成。在双色膜层上，泵浦光透过率大于95%，对1 064 nm光波反射率大于99.7%。在1 ms脉宽重复频率运转条件下，激光输出随时间下降并渐趋平稳；在5 ms脉宽运转时，单脉冲输出47 J，输出峰值功率达9.4 kW，与计算得到的10.11 kW的峰值输出基本相符。该振荡器的总体电光效率达到了1.2%，通过进一步优化后，具备向更高功率定标放大的潜力。     

纳秒激光诱导石英光纤端面损伤特性研究

实验研究了石英光纤的纳秒激光诱导损伤行为.实验条件下全部为光纤端面损伤,按照损伤形貌可以分为坑状损伤、熔融损伤和溅射损伤三类.提出了光纤端面损伤的判断方法和损伤阈值的测试方法,通过线性拟合得出实验条件下石英传能光纤的零概率损伤功率密度阈值为3.85GW/cm².总结了光纤端面损伤的过程,分析了激光诱导光纤端面损伤机理,指出光纤端面的杂质缺陷是造成光纤抗激光损伤能力下降的内因.因此,通过改善光纤端面质量还可较大程度提高光纤传输激光能量.实验发现光纤注入端面损伤点几乎全部发生在端面中心区 关键词： 激光诱导损伤 高峰值功率 光纤传能 损伤阈值     

角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

 为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。     

脉冲储能型重复频率Yb:YAG片状激光放大器ASE效应研究

探讨了脉冲储能型重复频率片状Yb:YAG激光放大器抽运过程中的自发辐射放大（ASE）效应和能量提取过程.在Yb³⁺离子抽运动力学的基础上,建立了抽运过程中的自发辐射放大模型,计算了Yb:YAG晶体中三维含时储能密度分布和全片可提取能量.讨论了不同介质尺寸、掺杂浓度及厚度、介质温度参数下,自发辐射放大对储能的影响.给出了较为优化的设计,将有助于基于Yb激光材料的大能量二极管抽运的固体激光器设计. 关键词： 脉冲储能 Yb:YAG激光放大器 自发辐射放大（ASE）     

LD波长啁啾效应与二极管抽运固体激光器性能优化

给出了光谱、时间、空间分辨的激光二极管(LD)抽运动力学模型，包括LD阵列输出的波长啁啾效应、输出功率随时间的瞬态变化，重点研究了不同吸收带宽的激光介质对大功率LD阵列输出的光谱选择吸收特性. 基于该模型，分析了三种典型激光增益介质Yb:YAG，Yb:S-FAP，Nd:YAG在脉冲储能运转方式下的抽运激发性能. 优化了不同增益介质所需的LD阵列的初始中心波长，并对三种介质对LD波长啁啾效应的敏感性进行了详细研究. 关键词： 激光二极管阵列 波长啁啾 抽运动力学 激光材料     

阵列口径Nd：YAG片状激光器重复频率输出特性研究

 介绍了一种新型阵列口径的固体片状激光器的设计及初步实验，研究了其激光输出特性。激光器采用2×1阵列的以布儒斯特角放置的片状Nd:YAG激光头模块，并采用氙灯泵浦方式，由平均功率为60 kW电池组电源供电；电源采用大电流恒流放电，对输出放电进行可编程控制。实验得到32 J的单脉冲输出，小信号增益系数为0.047 5 cm^-1；泵浦单脉冲运行，脉宽为1~5 ms时，输出能量呈线性增长；当重复频率为20 Hz时，5 ms脉宽比1 ms脉宽输出功率下降30%，其原因是布儒斯特角结构存在时，由热应力引起的热致双折射损耗造成输出下降。     

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。