千瓦级二极管泵浦热容固体激光器

热容激光器与常规的高功率固体激光器的本质区别是激光介质的热管理方式不同，常规高功率固体激光器是边工作边冷却，而热容式激光器采用了工作时间和冷却时间相分离的热管理模式。因此热容激光器不再受介质断裂极限限制，可提高平均输出功率，同时由于工作时介质内部不存在显著的温差、热应力，可有效减小光程畸变提高光束质量。     

热容激光器激光介质的热力学数值模拟

热容激光器的热容管理模式与传统的实时主动冷却方式有着不同的温度、应力特性。为讨论激光介质的温度、热应力的分布和变化，建立了激光介质热力学计算模型。     

热容模式下激光介质的动态光学畸变

 开展了热容模式下激光介质动态光学畸变研究，初步分析了温度梯度、光弹效应及介质端面变形对整个波前畸变带来的影响，并将光学畸变转化为谐振腔损耗，数值模拟了热容激光器输出功率随时间的变化规律，模拟结果表明：当激光器工作温度低于400 K时，由粒子数玻耳兹曼分布引起的功率下降可以忽略，动态热效应是实验中热容激光器输出功率随时间快速下降的原因。     

固体棒状热容激光器的热分析

 计算出固体棒状热容激光器在不同散热边界条件下的温度分布和随时间的演变，与实验测量的结果进行了对比。计算结果表明：激光器工作在热容模式时，不同散热边界条件下激光介质内的温度分布在激光发射期间区别不大，激光发射期间，激光介质内的温度分布主要取决于泵浦光的吸收。但是散热过程中的不同散热边界条件下温度分布演化大不相同，此时的温度分布主要取决于散热边界条件。     

二极管泵浦Nd:YAG圆片激光技术研究

介绍了热容激光技术的发展历史及现状,介绍了固体激光器热容方式工作的基本原理,报道了二极管泵浦NdYAG圆片激光器热容方式工作的实验结果.用热像仪测量了激光器工作时增益介质通光面上的温度分布特性;采用干涉测量的方法测量了工作中的增益介质的与光束传输方向相垂直的方向上的折射率分布特性;结果表明片状固体增益介质热容方式工作对振荡光束波前畸变影响很小.给出了与光束传输方向相垂直的截面上增益介质的荧光分布.得到输出平均功率达47.5 W,此时的光-光转换效率为17%.     

掺钕无机液体激光器的初步研究

为解决固体激光器在高平均功率下的热管理问题，LLNL提出可移动式片状固体热容激光器（SSHCL），这就启发我们：假如激光介质是流体的话，就可以很容易地将激光冷却分离，激光器在工作的同时还可以“离线”冷却，可以不问歇地输出激光。LLNL最近的研究结果表明：用较便宜的含有稀土元素的液体代替SSHCL中的固体介质，可以降低整个系统的重量、体积、成本及技术复杂性，而且使得热管理变得容易。相对于固体基质，无机惰性液体基质有诸多优点，对于高平均功率和高峰值功率的应用需求，用液体介质代替固体介质，不失为一个极具吸引力的解决方案。     

二极管泵浦300 W热容固体激光器

开展了热容二极管泵浦固体激光器理论和实验研究,针对热容工作模式下工作物质的激光特性进行了初步分析,数值模拟了激光介质增益分布及温度场、应力场分布,初步完成了热容激光器实验平台的建立,在平均泵浦功率1.25 kW的激励条件下获得了大于300 W的激光输出,连续出光时间为5 s,占空比为15%,光-光转换效率约为25%.     

激光输出特性对介质薄膜损伤的影响

采用输出特性不同的几种激光器测量了多种介质光学薄膜的破坏阈值,并对典型的破坏过程进行显微分析.研究了激光输出特性的不同对薄膜损伤效果的影响在相同能量输出的条件下,脉冲激光比连续激光更容易形成有效的破坏;连续激光则能通过能量积累而更容易对作用目标造成烧蚀破坏.     

激光输出特性对介质薄膜损伤的影响

 采用输出特性不同的几种激光器测量了多种介质光学薄膜的破坏阈值,并对典型的破坏过程进行显微分析。研究了激光输出特性的不同对薄膜损伤效果的影响:在相同能量输出的条件下,脉冲激光比连续激光更容易形成有效的破坏;连续激光则能通过能量积累而更容易对作用目标造成烧蚀破坏。     

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。     

二维随机激光器的模式选择及阈值与饱和特性

基于将Maxwell方程与四能级原子系统速率方程相结合而建立起随机激光时域理论，并利用有限时域差分法，研究了二维随机介质中激光模式的输出特性与介质尺寸、外形及抽运速率等参数的关系.结果表明，与传统激光模式相似，随机激光模式的强度随抽运速率的变化不仅具有阈值特性，而且具有饱和特性.基于模式特性对介质及抽运参数的依赖关系，提出了二维随机激光器的选模方式，在很大程度上不同于传统激光器的选模方式. 关键词： 随机激光器 模式选择 无序介质中的光学特性     

固体热容激光器冷却方式的数值模拟

 固体热容激光器连续运转一段时间后，需要进行冷却，以进行下一次运转，因此冷却速度直接影响着热容激光器运转的效率和实用性。从热传导方程出发，以沉积热为内热源模型，利用有限元分析方法对激光二极管阵列从4个方向对称泵浦的板条Nd:GGG激光介质的温度场和和热应力场进行了数值模拟。并对冷却阶段分别采用过冷气体、水循环、喷雾、相变冷却方式时的介质温度和应力随时间变化过程进行了模拟。结果表明在相同条件下采用相变冷却方式能在较短时间内将介质冷却到初始温度。     

放电激励重复频率非链式HF激光器

 利用紫外预电离横向放电和气体循环结构建立了一套放电激励重复频率HF激光装置。研究了激光器工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性,获得激光器单次运行的最佳输出参数;通过对激光器重复频率运行时不同气体流速、充电电压与气体总压条件下的放电状态和输出能量的比较,分析了激光器重复频率稳定运行的必要条件。结果表明：所研制的激光器最大单脉冲能量0.6 J,峰值功率3 MW,电光转换效率2.4%;当混合气体工作介质以3.5 m/s的流速循环时,激光器稳定运行的最高工作频率可达50 Hz,脉冲输出能量稳定在0.26 J,平均功率达到13 W。     

固体热容激光器与热稳态固体激光器温度场和应力场的比较研究

 建立了3维温度场及应力场模型，并采用有限元分析方法对Nd:YAG作为激活介质的固体热容激光器与热稳态固体激光器进行了对比研究。激光二极管阵列距离晶体3.5 mm，阵列功率2×4.2 kW，bar间隔0.4 mm，每bar发光面积为1 μm×5 mm，频率100 Hz，脉宽100 μs，Nd:YAG晶体初始温度20 ℃，冷却水温20 ℃。计算结果表明：热容模式激光介质的表面温度高于中心温度，稳态模式刚好相反, 稳态模式温差极值（19.8 ℃）是热容模式(6.4 ℃)的3.1倍,温度梯度极值(11.9 ℃/mm)是热容模式(2.46 ℃/mm)的4.8倍，热流密度极值(0.136 W/mm²)是热容模式(0.021 W/mm²))的6.4倍；稳态模式激光介质的表面出现张应力，中心出现压应力，热容模式则刚好相反，稳态模式压应力极值(18.27 MPa)是热容模式(12.1 MPa)的1.5倍，张应力极值(38.39 MPa)是热容模式(10.3 MPa)的3.9倍。由于晶体可以承受的压应力的破坏阈值远高于张应力，所以热容模式的固体激光器比稳态模式的固体激光器可以工作在更高的泵浦功率水平上。     

棒状钕玻璃热容激光器热透镜自平衡补偿方法分析

针对热容激光器的热透镜效应,给出了棒状钕玻璃热容激光器的热透镜公式表达式。理论上分析了热透镜焦距自平衡补偿方法的基本原理。在考虑了棒状钕玻璃热容激光器的具体特性的基础上,设计了一种简单的热透镜焦距自平衡补偿方法,使光抽运钕玻璃热容激光器在热透镜焦距变化情况下,可以使激光输出光斑大小稳定。为了解棒状热容激光器热透镜焦距的影响,利用自研的光栅型曲率传感器测量了热容激光器总的热透镜等效焦距的大小,结果表明热传导在抽运光发射完20 s左右后才建立热平衡产生了明显的热透镜效应; 随着抽运脉冲个数的增加,热透镜效应随之变大。     

热容激光器激光介质的热力学数值模拟

为模拟激光介质的温度、热应力的分布和变化,建立了激光介质热力学计算模型.该模型从激光介质的瞬态导热微分方程出发,得到沿纵向的热沉积功率密度,并将其作为该微元段的热载荷,加载到该微元段的泵浦区.考虑热容值、热导率、热膨胀系数和弹性模量等与温度的关系,得到激光介质的温度分布和变化,以及热应力的分布和变化.为热容激光器的实验和设计提供参考依据.     

激光二极管端面抽运室温Tm,Ho:YLF连续固体激光器

报道了激光二极管端面抽运Tm，Ho：YLF固体激光器的输出特性.室温下，选用不同透过率的输出耦合镜进行了实验研究，确定了最佳输出耦合镜透过率为2%. 利用小孔扫描的方法，得到了激光远场的光强分布，证明激光为基横模输出，并且给出了热焦距随抽运功率的变化关系.通过在激光谐振腔内插入两个固体Fabry-Perot标准具的方法，获得了2μm激光的单频输出，阈值功率为250mW，在抽运功率为2.8W时，单频输出功率为118mW.此单频激光器可用作激光振荡器和激光放大器的种子源. 关键词： 激光光学 激光二极管 Tm Ho:YLF固体激光器 单频     

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。     

布鲁姆林线驱动被动紫外预电离KrF激光器

研制了一台水介质布鲁姆林线驱动被动紫外预电离放电泵浦ＫｒＦ准分子激光器，研究了其振荡和放大输出特性。在充电电压２５ｋＶ，工作气压０．２ＭＰａ，以振荡器工作方式输出激光能量近２００ｍＪ。以放大器方式工作时，注入激光脉宽２５ｎｓ，能量７０ｍＪ，放大输出达３３０ｍＪ。     

放电引发的非链式高功率重复频率HF/DF激光器

高功率重频HF/DF激光因其具有的波长和功率优势成为当前中红外激光技术发展的热点之一。介绍了利用紫外预电离横向放电结构和工作气体循环系统建立的放电引发高功率重频HF/DF激光装置。在对激光工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性研究的基础上,开展了强电负性气体的重频均匀体放电技术和气体快速循环置换技术研究,解决了泵浦源重频放电能量在气体介质中的有效沉积和提取问题,实现了激光器50Hz的重频稳定运行和能量稳定输出,HF激光的平均功率达到28W,脉宽100ns,峰值功率5.6 MW。