高平均功率固体激光及其大气传输

固体激光器是一种具有重要应用背景的高功率激光器,对包括激光波长、光束发射口径、发射功率、光束质量等在内的激光器参数的选择进行了分析,研究了大气介质的光学性质、激光大气传输效应以及激光辐射与靶目标的耦合机制与耦合效率等因素的影响.相关结果表明100 kW的固体激光器的综合效能可与2～3倍平均输出功率的DF化学激光器相当,这说明高平均功率固体激光器是一种具有潜在优势和良好发展前景的高功率激光器.     

固体激光腔的动力学分析

固体激光腔中的热聚焦透镜的屈光度l/ f , 作为腔的动力学因子, 对腔的运行特性具有关键的影响作用.本文运用变换圆图解方法, 对固体激光睦的稳定性、输出功率特征和模式特性作了详细的动力学分析, 并给出了它们对动力学因子的依赖关系. 关键词：     

高功率固体激光驱动器的优化设计

扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念 ,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光 原型装置的物理设计 ,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件 ,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

高功率固体激光驱动器的优化设计

扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光Ⅲ原型装置的物理设计,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

高功率固体激光驱动器的优化设计

 扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光Ⅲ原型装置的物理设计,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

高能固体激光系统设计及性能评估

近年来高能固体激光器研究及小型电源技术取得了很大的进展,使得利用电源提供能量的高能激光器在近期的应用成为可望实现的目标.但由于高能激光系统设计复杂,且造价高,需要在激光系统设计制造之前对系统性价比进行优化,并对系统性能进行评估.其中选择激光器主要考虑激光波长位于大气窗口,使得经大气传输后激光能量衰减尽可能小;光学系统设计主要考虑物理光学效应的限制及增加自适应光学系统对大气效应引起的光束畸变进行校正.大气传输与补偿模拟程序可对包括高能激光系统、激光大气传输效应等进行全程数值模拟,从而可在高能激光系统设计制造之前对系统性能进行评估,或对现有高能激光系统性能及其对靶目标的损伤效果进行评估.     

V形固体激光腔的动力学分析与改进

对通用的V形固体激光腔进行了全面的动力学分析，指出了它的优缺点，它的致命缺点是在动力学因子1ft≈1l1-f附近出现高损耗的运行区，激光器无法运行.为了克服这一缺点，在一种改进的V形腔基础上提出了一种更为紧凑的V形改进腔. 关键词： 固体激光腔 V形固体激光腔 改进的V形腔     

半导体泵浦固体激光陀螺的研究进展

本文对半导体泵浦固体激光陀螺近年来研究进展作了分析和评述，表明半导体泵浦固体激光陀螺是一种全新可行的激光陀螺方案。     

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。     

高功率固体激光装置主放大系统隔离技术实验

基于菲涅耳公式,分析了偏振光通过钕玻璃片的透射率及反射率,讨论了高功率固体激光装置离轴光束对隔离性能的影响。根据光轴和小开关晶体晶轴走偏导致的退偏损耗的原理,可以使用开关晶体的姿态去补偿光束旋转误差的退偏损耗。实验结果表明,钕玻璃片小角度变化不影响系统对偏振光选择性通过,并且利用开关晶体来补偿光束旋转误差的退偏损耗能提高系统隔离比3倍以上。关键词：高功率固体激光;主放大系统;隔离;布鲁斯特角     

激光二极管抽运频差可调谐双频固体激光器的研究

研究了激光二极管抽运的可调频差的双频固体激光器，激光增益介质为2mm厚的1at%掺杂Nd:YAG薄片.对谐振腔产生稳定双频激光的条件作了分析，用琼斯矩阵计算了谐振腔内各处电场矢量的偏振态，证明了双频激光两个电场矢量偏振态之间总是正交的.两个偏振激光频率间隔由改变λ/4波片快轴之间的夹角实现调谐.实验中使用腔内标准具实现单频运转，然后插入双λ/4波片使单纵模激光频率分裂，实现了激光器的双频输出.实验中得到双频激光稳定运转时频差的上限约为1.3GHz；由于强模竞争现象的存在，实验中所观察到的频差下限为50MHz. 100MHz拍频时得到的双频激光输出功率为85mW. 关键词： 激光技术 固体激光器 双频激光     

激光二极管抽运固体激光器场分布的热不稳定性研究

通过建立激光介质非热平衡状态的振荡散热模型，分析了激光二极管抽运固体激光器中，热透镜的不稳定性.研究表明，热透镜的这种热不稳定性是造成激光场不稳定的重要因素.会造成高斯半径的不稳定波动，会使激光光束的指向角波动，会造成激光光斑的非对称畸变，这种畸变也处于波动之中.通过对端面抽运条件下，热耗为1W的Nd:YAG激光介质的理论和实验研究，确定了这种原因下光场不稳定度的数量级. 关键词： 激光二极管 固体激光器 热透镜     

中红外固体激光器研究进展

本文介绍了中红外固体激光器中新型的Fe²⁺: ZnSe激光器和基于MgO: PPLN、ZnGeP₂晶体的光参量振荡器的发展现状,讨论了它们在发展过程中遇到的技术难题,探讨了中红外固体激光器的未来发展方向。波长为3~5 μm的中红外固体激光器具有效率高、体积小和重量轻等优点,在工业、医疗、军事等方面具有重要应用价值,研制大尺寸、高质量中红外激光晶体和输出波长更长的红外高功率激光泵浦源已成为中红外固体激光器未来发展方向之一。     

重复脉冲泵浦管状固体激光器的介质温升

对重复脉冲泵浦的管状YAG激光器的3维温度分布进行了深入研究,计算模拟了管状介质在不同时刻的3维动态温升分布。计算结果表明,泵浦初始阶段,介质中各点的瞬态温升均随泵浦脉冲个数呈锯齿形增长,最大温升点的位置由介质内壁随时间逐渐向介质内部移动;经过大约490个脉冲泵浦后,介质内的瞬态温升最终随时间呈重复周期性变化,最大温升点将不再移动。当温升分布呈重复周期性变化后,激光管中心部分的温升较大,内外壁的温升较小,且外壁温升低于内壁温升。     

二极管端面抽运的固体激光放大器自身热透镜焦距测量

通过分析激光经过热透镜后光束半径的变化，提出了利用放大器测量热透镜焦距的方法.根据激光束传输与变换理论，得到了热透镜焦距的表达式，并分析了其前提条件和近似偏差.最后，基于上述理论分析，测量了激光二极管端面抽运Tm,Ho∶GdVO₄放大器的热透镜焦距. 关键词： 热透镜焦距 固体激光 激光束传输与变换     

固体激光器热透镜效应的调控

利用工作腔的热透镜模型, 分析了有激光发射下固体激光器的谐振腔配置对热透镜效应和稳定区的影响, 论述了通过改变谐振腔配置调控热效应的可行性.实验上, 使用一台Nd: YAG激光器对理论作了验证, 实现了对热透镜光焦度及稳定区分布的调控.     

重复脉冲泵浦管状固体激光器的介质温升

 对重复脉冲泵浦的管状YAG激光器的3维温度分布进行了深入研究,计算模拟了管状介质在不同时刻的3维动态温升分布。计算结果表明,泵浦初始阶段,介质中各点的瞬态温升均随泵浦脉冲个数呈锯齿形增长,最大温升点的位置由介质内壁随时间逐渐向介质内部移动;经过大约490个脉冲泵浦后,介质内的瞬态温升最终随时间呈重复周期性变化,最大温升点将不再移动。当温升分布呈重复周期性变化后,激光管中心部分的温升较大,内外壁的温升较小,且外壁温升低于内壁温升。     

Analytical modelling of end thermal coupling in a solid-state laser longitudinally bonded by a vertical-cavity top-emitting laser diode

The intrinsic features involving a circularly symmetric beam profile with low divergence, planar geometry as well as the increasingly enhanced power of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) have made the VCSEL a promising pump source in direct end bonding to a solid-state laser medium to form the minimized, on-wafer integrated laser system. This scheme will generate a surface contact pump configuration and thus additional end thermal coupling to the laser medium through the joint interface of both materials, apart from pump beam heating. This paper analytically models temperature distributions in both VCSEL and the laser medium from the end thermal coupling regarding surface contact pump configuration using a top-emitting VCSEL as the pump source for the first time. The analytical solutions are derived by introducing relative temperature and mean temperature expressions. The results show that the end contact heating by the VCSEL could lead to considerable temperature variations associated with thermal phase shift and thermal lensing in the laser medium. However, if the central temperature of the interface is increased by less than 20~K, the end contact heating does not have a significant thermal influence on the laser medium. In this case, the thermal effect should be dominated by pump beam heating. This work provides useful analytical results for further analysis of hybrid thermal effects on those lasers pumped by a direct VCSEL bond.     

二极管端面抽运固体激光器晶体棒与热沉接触热导研究

二极管端面抽运固体激光器中,圆棒晶体采用金属热沉夹持并散热,晶体侧面受到的压力呈非轴对称分布.建立了此状态下晶体棒与热沉间无热界面物质、采用厚度为平均间隙厚度和远大于平均间隙厚度的热界面物质三种情况下接触热导模型.针对前两种模型,采用截断高斯模型和塑性形变模型,讨论了接触热导与装配压力、等效均方根粗糙度的关系.建立了晶体棒与热沉的接触散热模型,对高斯型热耗分布,采用有限元法得到了无热界面物质和采用铟箔作为热界面物质时晶体棒温度的空间分布.结果表明:无热界面物质时,晶体棒与热沉间接触热导随圆心角变化较大,其 关键词： 激光二极管端面抽运固体激光器 热效应 有限元法 接触热导