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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

二介质激光放大器工作特性的数值模拟

从简明的物理模型出发，首次从理论上模拟了二介质激光放大器的工作特性，表明它能够同时满足输出高能量，超短脉冲放大的要求。对实验中可能遇到的问题进行了模拟，并提出了解决的方法。     

内腔级联拉曼光纤激光器输出特性的实验研究

采用标准单模石英光纤作为拉曼增益介质，光纤布拉格光栅作为谐振腔镜，研制了一台内腔级联拉曼光纤激光器。利用掺Yb双包层光纤激光器作为抽运源，实现了二级拉曼转换，在波长1176.8nm获得了309mW的最大输出功率，斜率效率接近51.5％。在小抽运功率下，发现拉曼光纤激光器的输出中存在重复周期约为2.9μs的脉冲序列；当抽运功率大于某一值时，上述脉冲消失，获得了十分稳定的连续输出。     

喇曼自由电子激光器实验的数值模拟

本文采用基于单粒子理论的CAGFEL程序,对中国科学院上海光学精密机械研究所(简称上海光机所)喇曼自由电子激光器的近期实验结果进行了数值模拟,计算表明,当电子能量E_e=0.5MeV,能散度△γ/γ=6％和发射度ξ=0.06(π)rad·cm时,器件的峰值功率高达24MW,对应的辐射增长率为120dB/m,效率为6.1％。     

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.     

掺铒光纤环形激光器输出特性的研究

根据掺铒光纤激光器的速率方程，对环形腔光纤激光器的输出特性进行了理论分析，得到了光纤激光器在稳态条件下阈值抽运功率、激光输出功率和斜率效率的解析表达式。利用数值模拟结果对光纤激光器的这些基本特性参量进行了分析和讨论，为光纤环形激光器的优化设计提供了依据。并进行了980nm抽运的掺铒光纤激光器的实验，实验证明理论分析得到的基本特性是合理的。     

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。     

掺铒光纤激光器输出特性的解析研究

从描述掺铒光纤激光器的速率方程组出发，对９８０ｎｍ和１４８０ｎｍ波段泵浦下掺铒光纤激光器的输出特性进行了解析研究，得到了这两个波段泵浦下下输出功率，斜效率等重要参烽的隐式或显示解析表达式。     

自注入减小增益开关分布反馈激光器时间抖动的数值模拟

对光自注入法减小增益开关分布反馈激光器时间抖动进行了数值模拟,计算得到了自注入光脉冲强度一定的情况下,自注入光脉冲延迟时间与时间抖动的关系曲线,以及自注入光脉冲延迟时间一定的情况下,自注入光脉冲强度与时间抖动的关系曲线,得到了自注入光脉冲消抖动的时间窗口及自注入光脉冲强度范围(01%-5%)的两个结论.与实验结果取得很好的一致 关键词：     

氙灯泵浦kW级固体热容激光器电源系统

kW级固体热容激光器的电源系统由大功率高压恒流充电单元、储能单元、放电控制单元、脉冲氙灯与预燃单元、总控与测量单元等部分组成.实际应用表明,该系统已达到了单脉冲输出能量7.5 kJ,重复工作频率10 Hz的设计指标,并具有平均功率高、效率高、可靠性好等特点.     

半导体激光泵浦Nd：YVO4激光器的1.34μm输出特性

报道了半导体激光泵浦Ｎｄ：ＹＶＯ４激光器在１．３４μｍ的输出特性，当入射的泵浦光功率为５１５ｍＷ时，最大１．３４μｍ激光输出功率达１５７ｍＷ，光－光转换效率为３０．５％，研究了激光器的纵模特性及弛豫噪声与泵浦功率的关系，发现不同的纵模具有各自不同的弛豫振荡频率。     

氟化氢泛频化学激光器的数值模拟

 考虑气体动力学过程、化学反应动力学过程和光腔内受激发射过程之间的相互作用, 建立了氟化氢泛频激光器喷管和光腔流场的二维数值计算模型, 对其进行了全面的模拟, 重点研究了腔内的各种性能参数。     

短波自由电子激光放大器数值模拟

介绍在理论上研究自由电子激光(FEL)的MICFEL程序。MICEFL是以单粒子理论为基础的二维放大器程序。利用MICFEL计算的Paladin实验结果与FRED程序计算结果以及25米Paladin实验结果相比均基本符合。理论计算的结果显示了FEL增益光导的特性。