非链式脉冲DF激光器的关键技术（英文）

基于化学反应的非链式脉冲DF激光器是产生3.5～4.1μm波段的有效相干辐射光源,具有存储能量水平高等优点。这些优点使得该激光器倍受中红外领域激光研究者的重视。为了更好地提高非链式脉冲DF激光器的输出性能,研制高能量水平的DF激光器,本文详细介绍了自引发大体积放电技术、混合气体配比技术、循环冷却技术等DF激光器关键技术,重点介绍了自引发大体积放电技术。这几种技术将为研制高性能DF激光器提供理论指导。     

非链式HF/DF激光器的研究进展

HF/DF激光器是中红外波段能提供最高能量输出的激光光源,也是中红外波段应用非常广泛的相干光源。本文介绍了近几年国内外关于非链式HF/DF激光器的研究进展及其成果应用,分析了非链式HF/DF激光器在应用方面的优缺点,总结了实现非链式HF/DF激光输出的关键技术和存在的问题,指出了该技术的未来发展方向。     

紫外预电离放电引发的非链式脉冲DF激光器

采用紫外预电离的横向放电方式和稳定光学谐振腔,使用无毒无腐蚀性的六氟化硫(SF6)和氘气(D2)作为工作物质,研究了工作气体配比、总气压对放电引发非链式脉冲氟化氘(DF)激光器输出能量的影响。实验发现SF6与D2的最佳比例为10:1,最佳总气压为10.5 kPa。使用DF激光谱线分析仪对激光输出谱线进行了测量,得到了17条P支跃迁谱线,激光能量集中在3.876μm附近的几条谱线。利用烧蚀光斑的方法测得输出激光束水平方向、垂直方向的发散角均为1 mrad。在最佳工作条件下,充电电压为39 kV时,激光单脉冲输出能量达到最大值3.58 J,此时激光脉冲宽度为215 ns,峰值功率为16.65 MW,电光转换效率为2.08%。     

基于光束扫描宽化技术的激光掩模微加工系统

利用Nd∶KGW激光器,采用光束扫描宽化技术和掩模微缩成像方法研制了用于微打标及微型零件雕刻成形的激光掩模微加工系统。系统采用计算机打印的塑料胶片或液晶作掩模,光束扫描面积为(有效掩模面积)30 mm×30 mm。微缩成像系统的缩小倍率分别为8～10倍(f=100 mm透镜)和15～20倍(f=50 mm透镜)。对该系统的加工尺寸和加工精度进行了分析。实验结果表明:系统达到的最小标刻宽度和加工图形精度均为10μm,与分析结果一致。系统的单次加工深度为0.07～0.1μm,最大加工深度为200μm,可满足工业微加工技术的基本要求。     

基于光束扫描宽化技术的激光掩模微加工系统

利用Nd∶KGW激光器,采用光束扫描宽化技术和掩模微缩成像方法研制了用于微打标及微型零件雕刻成形的激光掩模微加工系统。系统采用计算机打印的塑料胶片或液晶作掩模,光束扫描面积为（有效掩模面积）30 mm×30 mm。微缩成像系统的缩小倍率分别为8～10倍（f=100 mm透镜）和15～20倍（f=50 mm透镜）。对该系统的加工尺寸和加工精度进行了分析。实验结果表明：系统达到的最小标刻宽度和加工图形精度均为10μm,与分析结果一致。系统的单次加工深度为0.07～0.1μm,最大加工深度为200μm,可满足工业微加工技术的基本要求。     

中红外光学参量振荡器技术进展

3~5μm中红外激光器在环境污染检测、医疗、工业等领域具有重要的应用价值。本文总结了基于ZnGeP_2、MgO∶PPLN晶体的光参量振荡器(OPO)的国内外发展现状,分析了其各自不同结构系统设计的优势和发展前景。指出高功率、小体积、轻重量的光学参量振荡器是未来重要发展方向,发展的技术核心是生长更大尺寸的中红外激光晶体以及研制更高性能指标的OPO泵浦源,并对中红外激光器的发展趋势进行了展望。     

声光调Q CO2激光器的输出特性

采用谐振腔内插入声光调制器（AOM）的方法获得了小型CO2激光器的高重频、窄脉宽、高峰值功率输出。通过分析CO2激光器声光调Q的工作原理,利用基于小信号增益和饱和光强的耦合输出数学模型给出了激光器最佳输出镜透过率的数值解,并运用相关实验装置对该数学模型进行了实验验证。理论分析和实验结果均表明：该声光调Q CO2激光器的最佳输出镜透过率为39%。研究了激光器输出性能随脉冲重复频率的变化规律,当脉冲重复频率〉1 kHz时,激光器输出峰值功率下降,这与CO2分子上能级寿命有关,并受声光调Q开关热效应的影响。实验中获得的激光器脉冲频率在1 Hz～100 kHz可调。在脉冲频率为1 kHz时,获得的激光脉冲宽度为156 ns,脉冲峰值功率为10 kW,且稳定性较好,非常适合于作激光与物质相互作用的光源。     

基于卡塞格林结构的高倍太阳能聚光镜

针对传统聚光系统聚光倍数低、造价昂贵且结构复杂的弊端,对高倍太阳能聚光镜进行了设计研究。利用卡塞格林结构具有高倍聚光及光束耦合的优点进行编程建模,设计了新型高倍太阳能聚光镜,给出了设计方法及运用光学软件ZEMAX以不同入射角度入射时的模拟结果。模拟结果表明,设计的太阳能聚光镜消除了球差的影响,在太阳光入射角为0.5°时,实现有效聚光比为544,光学效率为84.835%。该聚光镜较传统聚光镜有更高的光学效率,并且结构简单、价格低廉,有望商业化。     

双光子吸收碱金属蒸气激光器研究进展

蓝紫激光和中红外激光在基础研究和国防工程中有重要的应用前景。单光子吸收的碱金属蒸气激光器具有量子效率高、受激发射截面大和热管理性能好等优点,近些年来已成为激光领域中研究热点之一,目前已实现k W量级的输出。双光子吸收的碱金属蒸气激光器可实现蓝紫激光和中红外激光级联输出的特性,也引起越来越多的关注。本文从碱金属原子密度、泵浦光功率、偏振和频率失调量以及调控激光等几种影响因素出发,综述了双光子吸收碱金属蒸气激光的研究进展,在此基础上分析了影响激光输出特性的原因,最后对双光子吸收碱金属蒸气激光器的发展趋势进行了展望。     

非链式脉冲DF化学激光器反应动力学模型

依据非链式脉冲氟化氘(DF)激光器的反应机理, 采用速率方程理论, 综合考虑了基态DF分子、D₂分子、D原子、F原子对激发态DF分子的消激发作用, 建立了非链式脉冲DF激光器反应动力学模型. 运用Runge-Kutta法对该模型进行数值计算, 得到了增益区内各组分粒子数密度随时间的变化关系. 进而运用该模型研究了工作气体配比和输出镜反射率对DF激光器腔内光子数密度、 单脉冲能量、脉冲宽度和输出功率的影响, 得到了最佳气体配比和最佳输出镜反射率参数. 采用放电引发方式对非链式DF激光器进行了实验研究, 实验测得脉冲波形及单脉冲能量与速率方程理论模型计算结果基本一致. 本文的研究结果可为非链式脉冲DF激光器的优化设计提供理论参考. 关键词： 脉冲DF激光器 动力学模型 速率方程 数值计算