对高平均功率DPL的几点认识

高平均功率二极管泵浦激光(DPL)的发展历程充满了技术创新,解决热管理问题的不同思路导致了各种不同的具体技术路线,其中包含着空间域、时间域和材料学的创新,甚至超越了全固态激光的范畴.指出了高平均功率DPL有广阔的应用前景,军民两用,类型多样.影响高平均功率DPL应用的制约因素主要是能源、有效热控等问题.     

激光二极管抽运的高重频高平均功率Nd:YAG激光器

搭建了一台高重复频率、高峰值功率、高平均功率的激光器. 激光器主要包括三部分: 单纵模光纤种子源、激光二极管阵列抽运的Nd:YAG再生放大器和四程放大器. 系统获得了平均功率11 W、重复频率100 Hz、脉冲能量112 mJ、脉宽500 ps–2 ns可调的激光输出, 工作波长1064 nm. 输出光束口径6.8 mm, 1.5倍衍射极限, 近场光强近平顶分布, 能量稳定性为0.72%. 关键词： 激光二极管抽运 高重复频率 高峰值功率 高平均功率     

高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器物理设计

讨论了高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器的物理设计,在确定了波荡器周期、周期数、峰值磁场强度范围和调制参数范围等总体参数后,选用混合型Halbach结构为波荡器的基本结构,永磁块长宽高为8 cm1.3 cm6 cm,磁极长宽高为5 cm0.6 cm4.8 cm。波荡器工作在变间隙模式下,间隙为1.81~3.05 cm时,波荡器峰值磁场为0.529~0.184 T,好场区为3.02~2.13 cm。同时,考虑到波荡器磁场误差对自由电子激光的影响,提出了波荡器各参数误差,并对波荡器端部设计进行了重点讨论。     

泵浦用高平均功率二极管激光器研制

针对高平均功率线阵二极管激光器(DL )芯片的工作要求,开展了相应的封装结构设计和高效冷却技术研究.封装的单条线阵DL连续输出激光功率50 W,工作寿命达到5 000 h,10%占空比准连续输出激光脉冲功率150 W,25%占空比准连续输出激光脉冲功率100 W,工作寿命达到5×109次脉冲.采用模块式封装方式由25个模块堆叠,制作出了连续激光功率1 kW和20%占空比工作脉冲功率2.5 kW的叠阵二极管激光器.     

高光学质量,高平均功率非稳腔Nd：YAG激光器

在分析含热透镜的非稳腔固体激光器普遍特性的基础上，分别定义了几何放大率和输出曲率半径的热敏感度，结合腔镜失调敏感度而成为设计该类谐振腔的重要依据，据此，进一步改善和发展的新型的棒成像非稳腔。     

高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展

固体激光的一个重大发展方向和目标是实现“三高”(高平均功率、高光束质量和高效率)激光同时输出,结合相关研究工作和进展,着重论述了固体激光输出功率和光束质量的关系,给出了功率升高、光束质量非线性下降是当前“三高”固体激光研究的一个基本科学技术问题。围绕这一基本问题,评述了一些重要技术途径和手段,并探讨了实现高平均功率高光束质量固体激光输出的可能有效途径。     

高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展

 固体激光的一个重大发展方向和目标是实现“三高”(高平均功率、高光束质量和高效率)激光同时输出,结合相关研究工作和进展,着重论述了固体激光输出功率和光束质量的关系,给出了功率升高、光束质量非线性下降是当前“三高”固体激光研究的一个基本科学技术问题。围绕这一基本问题,评述了一些重要技术途径和手段,并探讨了实现高平均功率高光束质量固体激光输出的可能有效途径。     

大电流恒功率放电技术在大功率DPL中的应用

针对大功率激光二极管泵浦固体激光器(DPL)对大功率驱动电源的特殊要求,设计了一种大电流恒功率放电及驱动控制电路。将该电路与现有的充电和过流保护电路组成一套完整的激光二极管阵列驱动电源,并应用于基于大功率激光二极管阵列的DPL系统中。该驱动电源可为DPL系统提供频率为20 Hz,脉冲宽度为230 s,200 A以上的驱动电流,这将对多种以DPL为基础的激光武器系统产生重要的实际应用价值。     

二极管泵浦高能激光研究进展和展望

高能激光广泛应用于材料加工、科学研究、空间碎片清除、军事应用等领域。二极管泵浦高能激光具有结构紧凑,系统简单、全电驱无限弹仓的特点,近年来,各类二极管泵浦高能激光围绕着同时实现高功率、高效率、高光束质量这一总目标发展迅速。详细综述了国内外高平均功率块状固体激光、高功率可见光波段激光、高峰值功率激光、高功率光纤激光、碱金属蒸气激光等二极管泵浦高能激光的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

500mJ，400Hz电光调QMOPA绿光泵浦激光器

近年来，国内高平均功率全固态绿光二极管泵浦固体激光器（DPL）研究取得较大进展，天津大学、电子11部等单位的绿光激光器达到了百瓦级。但该类激光器均是采用声一光调Q及内腔倍频技术，重复频率一般为10-20kHz、脉冲宽度约100ns，单脉冲能量在几毫焦至数十毫焦量级。     

高平均功率开关晶体热力学特性有限元分析

 基于有限元数值方法,就不同的光强分布模型以及电光晶体固定或自由的边界条件,模拟分析了KDP,DKDP,LiNbO₃,BBO开关晶体材料在高平均功率激光负载下的热力学特性。结果表明:激光作用数s后,温升分布基本与光强分布一致;晶体表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;晶体的力学边界约束对最大轴向位移及最大拉热应力的影响随着光斑填充因子的增大而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,KDP上的温升最大,热畸变最严重,DKDP次之,而LiNbO₃和BBO具有较低的温升值或较低的热形变和热应力。     

高平均功率开关晶体热力学特性有限元分析

基于有限元数值方法,就不同的光强分布模型以及电光晶体固定或自由的边界条件,模拟分析了KDP,DKDP,LiNbO3,BBO开关晶体材料在高平均功率激光负载下的热力学特性。结果表明:激光作用数s后,温升分布基本与光强分布一致;晶体表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;晶体的力学边界约束对最大轴向位移及最大拉热应力的影响随着光斑填充因子的增大而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,KDP上的温升最大,热畸变最严重,DKDP次之,而LiNbO3和BBO具有较低的温升值或较低的热形变和热应力。     

V形槽硅微通道冷却器的研制

高平均功率的二极管泵浦固体激光器（DPL）要求用于泵浦的二极管阵列功率密度达到1kW／cm^2，由于二极管运行的电光效率只有40％50％，需要高强度的冷却器来对面阵进行冷却。V型槽硅微通道冷却器。结构紧凑，具有较高的冷却能力，可在其V形槽上同时焊接多条bar而形成面阵。从而能大幅提高封装工艺的集成度，降低封装成本，使大规模地封装高功率激光二极管阵列成为可能。     

S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制

介绍一种新型超宽带（相对带宽≥17%）S波段大功率多注速调管的研制过程及研制成果,该速调管首次在S波段实现了17%的相对带宽,带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施,提高电子注流通率及注波互作用效率,降低高频部分的散热压力,使该速调管仅在120 kW的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW的平均功率。同时,通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了3 ms脉宽的稳定工作及连续24 h稳定工作不打火。为实现3 min内满功率输出及2000 h的寿命,对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。本项目在能够实现指标的前提下,进行了小批量的生产及车载环境的环境试验,并针对可能产生的不可靠性因素,进行了改进,使产品真正能实现工程化应用,为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。     

高平均功率电光开关晶体热畸变分析

深入分析了方板构型的电光开关晶体在高功率载荷条件下的热畸变行为,讨论了光强分布对热效应的影响。以KDP晶体为例,分别计算了激光束光强为高斯分布和均匀分布时晶体的温升、相应的热应力分布、波前畸变以及热退偏。结果表明,光强的分布形式对波前畸变和热退偏的影响是不同的。相对于光强均匀分布的激光束,高斯光束减缓了光斑边沿处的温度梯度,产生的热应力较小,因此可以减弱热退偏效应;另一方面,在光束口径范围内,高斯光束产生了附加的温度分布非均匀性,因而波前畸变会大一些。     

高平均功率电光开关晶体热畸变分析

 深入分析了方板构型的电光开关晶体在高功率载荷条件下的热畸变行为,讨论了光强分布对热效应的影响。以KDP晶体为例,分别计算了激光束光强为高斯分布和均匀分布时晶体的温升、相应的热应力分布、波前畸变以及热退偏。结果表明,光强的分布形式对波前畸变和热退偏的影响是不同的。相对于光强均匀分布的激光束,高斯光束减缓了光斑边沿处的温度梯度,产生的热应力较小,因此可以减弱热退偏效应;另一方面,在光束口径范围内,高斯光束产生了附加的温度分布非均匀性,因而波前畸变会大一些。     

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1 MW、平均输出功率大于22 kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。     

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

 研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1 MW、平均输出功率大于22 kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。