机载激光器——美导弹防御体系的神奇武器

机载激光器（ABL）是关分层导弹防御系统的重要环节，它带有3种激光束系统（杀伤性高能激光束、照射激光束以及信标激光束），瞄准弹道导弹的软肋，在导弹助推段给予其致命一击。本文即将解开ABL的神奇面纱，并沿着它的研制历程，探访其众说纷纭的未来。     

美国机载激光武器的高能激光器开始装机

机载激光器是美国导弹防御局弹道导弹防御系统的组成部分之一,是一种能独立进行目标探测并实施多目标攻击的机载激光武器,主要用于拦截敌方在助推段飞行的战区弹道导弹,迄今耗资30多亿美元．     

导弹防御计划的调整与机载激光未来的发展

评述和分析了美国对导弹防御计划的调整及其带来的影响,特别介绍了机载激光武器的未来发展.     

大功率半导体激光器功率转换效率的研究

针对980 nm大功率半导体激光器,分析了不同腔长下,最佳工作点功率转换效率的分布,分别计算了对应的光电转换效率,电压损失效率,阈值损失效率与缺陷损失效率随腔长的变化情况.分析表明随着腔长的增加,最佳输出功率值增加,但功率效率有所下降.缺陷损失效率是导致光电转换效率下降的主要因素,降低内损耗是提高最佳工作点功率转换效率最直接的方法.给出了不同内损耗情况下,最佳功率转换效率随腔长的分布.

Abstract：

For the 980 nm high-power laser diodes manufactured by Beijng Opto-electronic Technology Lab, the relation between the power conversion efficiency of the best operating point and the cavity length is analyzed. Experimantal results show that the best output power increases while the power conversion efficiency decreases with the cavity length increasing. Analyses indicate that the defect power is the primary factor resulting in the decrease of photoelectric conversion efficiency and reducing the inner loss is most obvious way to improve the power efficiency of the best operating point.     

谐振放大结构的大功率Nd:YAG激光器设计及分析

采用一级谐振两级放大的系统结构和激光单元分块设计方法,研制出了工业大功率脉冲固体激光器。在输出平均功率为957 W连续运转2 h后的功率不稳定度为2.5%,光电转换效率为3%,光束质量达到22 mm·mrad,激光耦合进入0.6 mm的光纤,放大级之后最高输出功率达到1125 W。     

高功率激光二极管端面抽运复合晶体激光器的研究

在高功率激光二极管抽运固体激光器中,热效应已成为获得高输出功率和高光束质量的最大阻碍因素.用有限元方法研究了高功率激光二极管端面抽运Nd∶YVO4激光器中热透镜分布规律,提出了用复合晶体消除热透镜效应的方法.研究表明在端面抽运的传统单一Nd∶YVO4晶体激光器中,由于抽运功率密度很高,热透镜效应非常严重,由端面变形而造成的热透镜效应约占整个热透镜效应的50%;而采用复合晶体能够很好地消除由端面变形而造成的热透镜效应,同时得到很好的冷却效果,获得比采用传统单一晶体高出许多的基模输出功率和更好的光束质量.实验证明,采用复合结构晶体在23 W的抽运功率水平下得到了11 W的基模输出功率,光束质量因子M2 <1 5,光光转换效率达到48%.     

高功率固体激光器

本文详细讨论了设计高平均功率固体激光器的有关问题,包括激光材料性质、棒状和板条状几何结构,聚光器和光学谐振腔等。分析表明,板条状几何结构固体激光器提供了达到千瓦级功率水平同时又保持良好光束质量的可能性。     

高功率无铝半导体激光器

ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ激光器抑制暗线缺陷的形成,器件的突然失效及缓慢退化有所减少。研究表明,高功率无铝半导体激光器比有铝ＡｌＧａＡ／ＧａＡｓ激光器具有更高的可靠性。文章分析比较了高功率有铝和无铝半导体激光器的优缺点,介绍了波长为８０８ｎｍ的高功能无铝半导体激光器的发展及国内外目前的研究状况。     

高功率微片固体激光器

本文对Yb:YAG/YAG复合激光增益介质的侧面泵浦微片固体激光器进行了研究,制作了高光束质量和低波前畸变、输出功率达90 W的微片固体激光器,对超薄片式激活介质和透镜形激活介质等几种复合增益介质的新型设计进行了介绍和分析.     

利用光纤组束获得机载软杀伤高功率光源

提出了利用光纤组束技术获得机载软杀伤高功率光源的想法。分析了双包层光纤激光器的工作原理,简单介绍了非相干组束的原理和缺陷,重点阐述了并联主振荡相干组束方法及相干组束的优势。分析表明相干组束光纤激光器是未来机载软杀伤高功率光源的必然选择。     

强化学激光器的研究与发展

化学激光器是以释能化学反应提供能源, 并且以化学反应产生粒子数反转为基础的。由于化学储能的巨大, 这类器件目前输出的连续波功率已达兆瓦级, 大大高于所有其他激光器;近年来, 由于流动介质均匀性的改善和采用选摸能呼高的光腔, 光束质量亦已达到近衍射极限。近年来的研究集中在发展短波长化学激光体系, 从较早的DF(～3.8 μm), HF(2.7 μm)到近期的O2-J体系(1.315 μm), 以及HF的泛频跃迁激光(～1.35 μm)。更进一步则希望发展可见光波段的化学激光器。这有可能通过电子激发志的受激辐射实现, 但是看来尚需较长时间的努力。     

高效率大功率连续半导体激光器

从大功率半导体激光器的工作机理出发,对影响激光器电光转换效率的主要因素,如激光器的斜率效率ηd、阈值电流Ith、开启电压V0、串联电阻Rs以及工作电流I等进行了分析,进而讨论了提高电光转换效率的主要技术途径。通过对应变量子阱大光腔激光器外延材料开启特性的优化、大功率激光器芯片横向限制工艺的改进以及对大功率微通道热沉制作等技术的研究,制作了808nm连续半导体激光器阵列。在工作电流140A时,阵列工作电压为1.83V,输出功率145W,电光转换效率达到56.6%。     

大功率全固化固体激光器的研制

本文报道了侧面泵浦输出功率高达60W的Nd：YAG激光器,并对激光器结构和输出特性进行了研究,该激光器转换效率高、使用寿命长、结构紧 凑和整机性能可靠。     

980nm高功率列阵半导体激光器

分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素。利用分子束外延生长方法生长出InGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料。利用该材料制作出的应变量子阱列阵半导体激光器准连续（100Hz,100μs）输出功率达到80W（室温）,峰值波长为978－981nm。     

980 nm高功率列阵半导体激光器

分析了影响列阵半导体激光器输出功率的因素．利用分子束外延生长方法生长出ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变量子阱激光器材料．利用该材料制作出的应变量子阱列阵半导体激光器准连续（１００ Ｈｚ,１００ μｓ）输出功率达到 ８０Ｗ（室温）,峰值波长为 ９７８～９８１ｎｍ．