1 064 nm激光对氧化铟锡薄膜的损伤研究

 液晶光学器件在激光光束精密控制上具有重要应用前景,氧化铟锡（ITO）薄膜作为液晶光学器件的透明导电电极,是液晶器件激光损伤的薄弱环节。为此,建立了ITO薄膜激光热损伤物理模型。理论计算结果表明：1 064 nm激光对ITO薄膜的损伤主要为热应力损伤;连续激光辐照下,薄膜损伤始于靠近界面的玻璃基底内;脉冲激光辐照下,温升主要发生在光斑范围内的膜层,薄膜损伤从表面开始。利用泵浦探测技术,研究了ITO薄膜的损伤情况,测量了不同功率密度激光辐照后薄膜的方块电阻,结合1-on-1法测定了ITO薄膜的50%损伤几率阈值。实验结果表明：薄膜越厚,方块电阻越小,激光损伤阈值越低;薄膜未完全损伤前,方块电阻随激光功率密度的增加而增大。理论计算与实验结果吻合较好。设计液晶光学器件中的ITO薄膜电极厚度时,应综合考虑激光损伤、透光率及薄膜电阻的影响。     

电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱研究

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。设计了两种电极结构,分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场,采用532 nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。对正性液晶器件施加电场,在 630～660 nm范围获得多波长的激光输出。对负性液晶激光器件施加电场,获得调谐范围为18.5 nm的激光输出。由器件织构和光子禁带的变化,进行了深入的分析。正性液晶器件,在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中,引起液晶的流动,光子禁带上下浮动,因此不仅在禁带边沿,禁带内也出现激光辐射。而负性液晶器件随着电场强度增大,液晶螺距收缩,禁带蓝移,输出激光波长从681.0 nm蓝移到662.5 nm,出射激光波长为光子禁带边沿处。负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。     

强激光系统光学元件波前相位梯度分析

 介绍了在高功率固体激光系统中用于评价光学元件对光束聚焦特性影响的参数——波前相位梯度及其检测原理和计算方法，并与常用的光学元件评价参数P V值、RMS值以及新引入的评价方式——PSD进行了比较。得到了高功率激光系统中几种典型光学元件的相位梯度分析结果，结果表明利用相位梯度分析方法能够有效的对光学元件的加工质量进行评价。     

高功率激光装备小型化轻量化技术

自激光器问世以来,激光在各领域的需求和应用非常广泛,而随着高功率激光装备输出功率不断提高,重量与体积已成为制约高功率激光装备应用与发展的关键问题之一。由于当前高功率激光装备仍将提高输出功率作为其发展目标,加之高功率激光装备结构功能复杂、能量转换效率低等特点,制约了高功率激光装备小型化、轻量化的实现。本文在介绍高功率激光装备的特点及其小型化、轻量化技术约束的基础上,综述了装备常用小型化、轻量化技术应用、新型高功率激光技术应用、提高能量转换效率及散热效率等高功率激光装备小型化、轻量化实现途径,以及各种技术途径在高功率激光装备中已有的应用。根据高功率激光装备现状及特点,其在小型化、轻量化方面具有很大的发展空间及应用前景。     

液晶软光子学——光场的多自由度调控

液晶是一类典型的软物质。它具有优异的外场调谐特性以及多层级的组装结构特征。文章介绍了作者在液晶光控取向技术及其光学应用方面取得的进展，如对液晶进行图案化编码实现任意液晶微结构的制备及多层级操纵，对光场的振幅、相位、偏振及波长等多自由度进行灵活、高效的调控，实现功能可调的液晶太赫兹器件等。     

全光纤激光阵列主动相位控制技术研究进展

全光纤激光阵列主动相位控制利用全光纤网络实现阵列激光的活塞相位内部探测与控制,具有结构紧凑、无需外部反馈光学器件和易于扩展等优点,是大阵元规模光纤激光相干合成重要发展方向之一。采用全光纤相位探测结构,介绍了全光纤激光阵列主动相位控制技术的系统原理和利用光纤耦合器实现相位锁定的过程,总结了全光纤激光阵列主动相位控制关键技术,通过优化算法实现全光纤激光阵列主动相位控制验证实验。探讨了在全光纤结构主动相位控制中π相位模糊问题及解决方法,给出了利用双波长探测实现消除π相位模糊问题的仿真结果。最后梳理了全光纤激光阵列主动相位控制研究现状,并从路数扩展、功率提升和应用等方面进行了展望。     

高功率激光装置大口径光学元件侧面清洗实验

针对高功率激光装置内部最易产生受激布里渊散射(SBS)效应的大口径取样光栅(BSG)元件,测试了经过化学刻蚀、紫外激光清洗作用处理后,大口径光学元件BSG侧面在355 nm激光辐照下的损伤阈值、损伤形态以及产生的石英颗粒气溶胶对环境污染程度的分析。结果表明:经过化学刻蚀,BSG侧面的损伤阈值提高78%,基本与通光面的损伤阈值相当,而经过紫外激光处理后的损伤阈值提升不高,仅为通光面损伤阈值的56%。侧面对比分析了相同激光能量辐照下样片侧面产生的气溶胶污染状况,结果表明紫外激光处理同样可以提高光学元件侧面产生污染物的阈值,且对光学元件性能没有影响。通过微观形貌和对通光口径影响分析表明,紫外激光清洗处理比化学刻蚀具有更好的安全性和适用性。     

相变材料与超表面复合结构太赫兹移相器

利用相变材料嵌入超表面组成复合结构实现太赫兹移相器,该器件自上而下依次为二氧化钒嵌入金属层、液晶、二氧化钒嵌入金属层、二氧化硅层.通过二氧化钒的相变特性和液晶的双折率特性同时作用实现对器件相位调控.随着外加温度变化二氧化钒电导率发生改变,器件的相位随之产生移动,同样的对液晶层施加不同的电压导致液晶折射率发生变化,器件相位也会有影响.经过这两种介质共同作用,最终实现对太赫兹波相位有效调控.仿真结果验证了该相移器在频率f=0.736 THz时,太赫兹移相器的最大相移量达到355.37°,在0.731—0.752 THz(带宽为22 GHz)频率范围相移量超过350°.这种基于相变材料与超表面复合结构为灵活调控太赫兹波提供了一种新思路,将在太赫兹成像、通信等领域有着广泛的应用前景.     

基于受激布里渊散射的高能高功率相位共轭激光

受激布里渊散射是一种三阶非线性光学过程,具有完全背向散射的相位共轭特性,利用这种特性,可以补偿高能高功率激光系统中强泵浦而引起的相位畸变,从而实现高光束质量激光输出。过去几十年开展了大量理论和实验研究以提升受激布里渊散射相位共轭镜（SBS-PCM）的作用效果,一部分研究集中在研究适合高功率激光系统应用的液体介质和介质纯化,一部分集中在SBS-PCM的结构优化（包括双池结构、结构参数优化、旋转楔板结构等）。回顾了影响SBS-PCM作用效果的主要因素,以及SBS-PCM在高功率激光系统中的应用,总结了近年来的一些应用成果,为SBS-PCM的实验研究提供了参考。     

成组设计在高功率激光装置中的应用

在高功率激光装置研制中首次引入成组技术概念,并以空间滤波器为例论证了在高功率激光装置的器件研制过程中实施成组设计的必要性和可行性最后讨论了计算机辅助成组设计系统(GTCAD)的组成和在高功率激光装置中具体实施过程.     

Coherent beam combining of pulsed fiber lasers with hybrid phase control

We demonstrate a scalable architecture for coherent combining of all-fiber pulsed lasers with hybrid phase control involving passive phasing and active phasing for the first time. Synchronized and passive phased pulsed laser array is built by intra-activity phase modulation. Active phase control on the passive phased pulsed laser array using stochastic parallel gradient descent algorithm provides stable in-phase coherent beam combining pattern in a turbulent atmosphere. The fringe visibility is increased from 0 two 0.43 and the power encircled in the main-lobe is 1.616 times increased when the system evolves from passive phasing to hybrid phasing. The architecture can be easily scaled up to high power by increasing power of each individual laser, number of laser elements and introduction of power amplifiers, which will lead a promising way for scaleable high power coherent beam combining of pulsed lasers.     

4H‐SiC: a new nonlinear material for midinfrared lasers

Nonlinear optical (NLO) frequency conversion is commonly used for generating midinfrared (MIR) lasers that offer light sources for a variety of applications. However, the low laser damage thresholds of NLO crystals used so far seriously limit the output power of MIR lasers. Here, a new nonlinear material 4H‐SiC is demonstrated for producing MIR laser. Broadband MIR radiation ranging from 3.90 to 5.60 μm is generated in 4H‐SiC by phase‐matched difference‐frequency generation for the first time. The results may open a door to practically utilize wide‐bandgap semiconductors with high laser damage thresholds as NLO materials for high power output of MIR lasers.     

Diffractive-optics-based beam combination of a phase-locked fiber laser array

A diffractive optical element (DOE) is used as a beam combiner for an actively phase-locked array of fiber lasers. Use of a DOE eliminates the far-field sidelobes and the accompanying loss of beam quality typically observed in tiled coherent laser arrays. Using this technique, we demonstrated coherent combination of five fiber lasers with 91% efficiency and M2=1.04. Combination efficiency and phase locking is robust even with large amplitude and phase fluctuations on the input laser array elements. Calculations and power handling measurements suggest that this approach can scale to both high channel counts and high powers.     

高功率激光传输过程中散射点对光束质量的影响

为了研究高功率激光传输过程中不透明颗粒引起的光束调制,通过分析这些不透明颗粒的形状和分布特点,建立了位置呈随机分布的高斯状散射点模型,从光束的衍射理论和干涉叠加理论出发,得到该模型下散射点对传输光束质量影响的解析式。数值分析了高斯状散射点的大小、密度、散射面积比及其传输距离对输出光束的近场分布、位相分布和光束透过率的影响,结果显示亚毫米量级散射点的衍射效应引起最大调制可达1．4,光学元件散射面积比小于0．003时才能满足元件透过率大于99．5％的需求。该结果可用于评价高功率激光装置光学元件的加工状况,并对光学元件加工要求和激光装置的洁净度要求有指导意义。     

用于定向红外对抗的中波红外激光器技术

针对定向红外对抗系统对中波红外激光器在激光波段、激光功率、激光束散角、激光重复频率以及调制波形等方面的具体要求,通过对光泵半导体激光器、量子级联激光器和基于光学参量振荡的固体以及光纤激光器的技术特点与发展现状的分析比较,和对双折射相位匹配与准相位匹配的特点和最新发展动态的梳理,提出用高功率高光束质量的1 064 nm固体激光器或光纤激光器泵浦基于掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体（PPMgLN）的光学参量振荡器的中波红外激光器方案,其波段转换效率可达到16%以上。     

Intracavity self-phase modulation and pulse compression in mode-locked lasers

We show that in the presence of a bandwidth-limiting component intracavity selfphase modulation in high power mode-locked and Q-switched lasers is accompanied by interesting pulse-shaping phenomena. If the phase modulation is properly controlled the pulse duration can approach the limit given by the frequency bandwidth of the laser. For example, for a Nd: YAG laser our calculations predict an intracavity pulse compression by approximately a factor of ten over the typical pulse duration of conventional mode-locking.     

Air as a buffer gas in metal-vapor lasers

The output power of two metal-vapor lasers is measured as functions of different buffer gasses. A copper-vapor laser and a gold-vapor laser can be constructed using air as a buffer gas. The output power and stability of the lasers were compared when either He or Ne or air were used as a buffer gas. The results obtained show that the output powers of the lasers are relatively high and have fairly good stability when air was used as buffer gas. Elimination of gas handling and decrease in the volume and weight of the laser system are the greatest advantages of the lasers elaborated.     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

激光脉冲诱导损伤点对激光传输的影响

高能重复激光脉冲对光学元件损伤点的产生和扩展与损伤点对后续激光脉冲光强的调制作用密切相关。观察激光诱导K9玻璃的损伤点,发现损伤点是从里到外呈现辐射状分布,内部损伤程度最大,可致充分断裂;向外损伤程度减小,呈现辐射的应力相变,引起折射率变化;对损伤点的透射光谱检测发现其透过率下降大于20%,但是下降的幅度与波长无关,说明充分断裂的材料会对激光进行充分吸收,类似黑体吸收,其对入射光的吸收只与损伤点的面积有关。CCD对激光通过损伤点后的光强分布探测发现： 在激光能量传输过程中,损伤点会导致光强分布的不均匀,存在明显的散射效应,这会引起激光光强分布的不均匀性,导致损伤区域的进一步扩散。     

高斯白噪声相位调制的激光光谱展宽

激光器是现代光学中一种常用的光源,分析其谱宽特性对于激光的研究具有重要意义.由于高性能窄线宽激光的半高全宽通常在几十M Hz以内,难以直接满足宽光谱领域的应用需求,因而无法发挥其在成本和性能方面的优势,这在一定程度上限制了激光的发展.如果在激光内部直接进行调制实现线宽展宽,又会导致频率的严重漂移,破坏稳频特性.为了在激...