大口径谐振腔式固体激光中的动力学不稳定性研究

大口径谐振腔式固体激光定标到足够高功率后,由于非稳定腔内激光不对称振荡导致介质上激光强度横向不均匀,激光提取与介质产热耦合会引起激光输出功率和光束质量在时域上的不稳定性。针对三种激光器构型：Nd:YAG 薄片、Yb:YAG薄片和浸入式液冷叠片激光器,通过理论分析与数值模拟揭示了其各自不同的光热耦合机制及其影响因素,给出了激光输出的瞬态演化规律。结果表明,前两种构型中基于激光动力学的光热耦合具有饱和效应,其动力学不稳定性只出现在特定参数区间,可以通过恰当的设计加以避免;第三种构型中动力学不稳定性表现出明显的阈值特征,在强光状态下只能通过减少冷却液吸收系数来抑制。     

固体激光腔的动力学分析

固体激光腔中的热聚焦透镜的屈光度l/ f , 作为腔的动力学因子, 对腔的运行特性具有关键的影响作用.本文运用变换圆图解方法, 对固体激光睦的稳定性、输出功率特征和模式特性作了详细的动力学分析, 并给出了它们对动力学因子的依赖关系. 关键词：     

无源谐振腔激光陀螺中的闭锁效应

从谐振腔的谐振特性出发，严格地推导出无源谐振腔激光陀螺中由腔镜背散射引起的闭锁效应关系式及闭锁阈值表达式。实验观察结果证实了理论推导的正确性。     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

 分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用，带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合，其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析，结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM₀₃模的拉盖尔高斯光束；当3个二面角误差不相同时，模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用,带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合,其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析,结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM03模的拉盖尔高斯光束;当3个二面角误差不相同时,模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

短谐振腔准分子激光输出的脉冲特性研究

用腔长为7.5cm～20cm的紫外光预电离Blumlein横向放电泵浦XeCl准分子激光器可产生半宽为1.8ns～5ns的短脉冲输出。速率方程的计算机模拟所给出的激光振荡初始尖峰和实验结果做了比较。     

北京自由电子激光光学谐振腔动态失谐研究

提出微波系统宏脉冲内相位任意变化的方法,改善自由电子激光功率输出.以自由电子激光功率输出为指示,用计算机控制任意函数发生器改变宏脉冲内微波相位,短的建立时间和大的饱和功率会同时获得.北京红外自由电子激光器进行的实验证明这种方法可以有效地提高自由电子激光的功率输出.     

固体激光腔动力学稳定性的调控

在固体激光腔运行中热透镜的屈光度,1ft,作为谐振腔的动力学因子,对腔的运行特性有着关键性的影响作用.运用变换圆图解方法,对固体激光腔的光模特性的动力学稳定性作了详细的分析,给出了它对动力学因子及腔参数u1=L1(L1-R1)R1与u2=L2(L2-R2)R2的依赖关系.给出了腔参数u1与u2的直观物理图像描述;在此基础上,利用变换圆图解方法,进一步讨论,如何选择腔参数u1与u2,调节稳定区内运行的最小基模光斑尺寸和动力学稳定区的宽度,及调控动力学稳定区的‘位置’;提出了两倍拓宽动力学稳定区的一个可行方案;最后,还讨论了动力学敏感腔的存在及其在自调Q激光器与自Kerr透镜锁模激光器中的可能运用. 关键词： 固体激光器 热透镜 动力学稳定性的调控     

几项新技术在“闪光二号”加速器上的应用

为追踪国际上脉冲功率技术的发展方向,在“闪光二号”加速器上开展了水介质形成线并联技术、多级多通道气体开关技术和同步触发技术等研究。经过3维结构下电场分布的模拟计算和绝缘设计,采用3根6 Ω小水线并联组成了2 Ω水介质形成线,研制成功了作为主开关的3 MV多级多通道气体触发开关,并实现了3个多级多通道气体开关的并联运行;采用工作时延446 ns的同步触发系统实现了Marx发生器与主开关的延时同步运行。真空负压下的涡流循环冲刷消除水中气泡技术应用于水介质形成线上,有效消除了并联形成线汇聚结构处的气泡,提高了加速器运行的安全性。经过调试后,加速器重新获得了稳定的运行状态,几项新技术的应用获得成功。     

固体激光器与光纤激光器对光子晶体光纤棒耦合的分析与对比

耦合效率的高低与耦合后光斑的好坏直接影响着光子晶体光纤棒的放大效果,因此需要对种子光的耦合效果进行研究,选择合适的激光器作为种子源。本文对光子晶体光纤棒在固体激光器与光纤激光器两种情况下的耦合效率进行了理论分析;模拟计算了两种激光器情况下耦合效率的变化规律以及对准误差对耦合效率的影响;选择合适的透镜或透镜组,使用两种激光器对光子晶体光纤棒进行了耦合实验;对比两种激光器的耦合效果可知:固体激光器的耦合效率最高只能达到62.4%,而光纤激光器的耦合效率可以达到80%以上;在光纤激光器耦合情况下,对不同功率注入时耦合效率,以及耦合后光斑进行了实验分析。得到的实验结果对后续光纤棒的放大实验具有指导作用。     

THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹（THz）自由电子激光（FEL）装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。     

阵列口径Nd：YAG片状激光器重复频率输出特性研究

介绍了一种新型阵列口径的固体片状激光器的设计及初步实验,研究了其激光输出特性。激光器采用2×1阵列的以布儒斯特角放置的片状Nd:YAG激光头模块,并采用氙灯泵浦方式,由平均功率为60 kW电池组电源供电;电源采用大电流恒流放电,对输出放电进行可编程控制。实验得到32 J的单脉冲输出,小信号增益系数为0.047 5 cm-1;泵浦单脉冲运行,脉宽为1~5 ms时,输出能量呈线性增长;当重复频率为20 Hz时,5 ms脉宽比1 ms脉宽输出功率下降30%,其原因是布儒斯特角结构存在时,由热应力引起的热致双折射损耗造成输出下降。     

Er3+:Yb3+共掺固体激光器的谐振腔设计及实验研究

考虑激光棒的热透镜效应对有源平平腔、平凹腔进行了数值计算,分析了谐振腔内激光光斑及腔体的稳定性.实验中以Er3+:Yb3+共掺磷酸盐玻璃为工作介质,成功地实现了平凹腔在常温下连续输出TEM00模的1.54μm激光,最大输出功率为21.5mW,光光转换效率达到了0.7%.     

Optical ballast and adaptive dynamic stable resonator

In this paper a new concept of ‘optical ballast' is put forward. Optical ballast is a kind of device that can be used to decrease the variation and fluctuation of the propagation characteristics of light beams caused by the disturbance of refractive index of the medium. To illustrate the idea clearly and concretely, a fully adaptive dynamic stable solid-state laser resonator is presented as application example of optical ballast.     

The influence of transverse structures on the coupling of solid-state lasers

We demonstrate the influence of transverse structures on the coherent coupling of laser modes. From the Maxwell-Bloch equations in the approximation of a finite mode expansion we derive Adler equations for the relative phases. We use an improved model to describe the gain-induced coupling of two non-orthogonal modes of a solid-state laser. Experimental results for some time-dependent experiments are presented and compared with theoretical predictions of our model.     

THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹（THz）自由电子激光（FEL）装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。     

新型二维材料在固体激光器中的应用研究进展

本文主要介绍了二维可饱和吸收体材料在固体激光器中的应用与研究进展。简要介绍了新型二维材料的性质和优点。以石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等新型二维材料为例分析了它们在固体激光器中实现调Q或锁模的过程,展示了二维材料在脉冲固体激光研究中的重要应用前景。二维材料与固体激光器的结合,可进一步推进二维材料的研究,有望开发出大量新型固体激光器件并且作为基础光源应用于多个领域,推动相关领域的发展。