Cr4+:YAG被动调Q激光器输出特性

采用理论与实验相结合的方法研究了激光二极管阵列泵浦的Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG激光器的输出特性.重点分析了调Q晶体小信号透过率和反射镜的反射率对激光器的输出能量、脉冲宽度的影响.对数值模拟结果进行了实验验证,数值计算与实验结果基本一致.研究结果表明,在特定的激光晶体参数下,Cr4+:YAG被动调Q激光器的输出能量与脉冲宽度由调Q晶体的小信号透过率和输出镜的反射率决定:输出能量随着小信号透过率增加而减小,对应于一个调Q晶体透过率,有一个最佳反射率使输出能量最大;脉冲宽度随着初始透过率与反射率的增大而增大.     

高功率激光二极管端面抽运重复频率Yb:YAG激光器

采用940 nm InGaAs激光二极管(LD)阵列端面抽运片状Yb:YAG晶体,谐振腔采用V形有源镜构型,实现了1030 nm红外激光输出.实验中分别测试了激光器在不同重复频率(1 Hz,2 Hz,5 Hz,10 Hz)条件下的激光输出特性.当输山耦合镜的反射率为73%.在抽运能量为7.6 J(功率密度为13 kW/cm2)时,1 Hz重复频率输出稳定运行于2.43 J,光一光转换效率为32%,斜毕效率为54.5%;10 Hz重复频率输出稳定运行于1.76 J,光-光转换效率为23.2%.斜率效率为43.3%.     

重频Yb:YAG片状激光器电光调Q时空演化模拟计算和实验研究

基于Yb3+抽运动力学,结合光线追迹的方法,建立了抽运过程中的放大自发辐射模型,得到激光介质中三维含时储能分布.将速率方程理论和角谱传播理论结合,对谐振腔内调Q脉冲的形成、传播过程进行建模计算,得到激光脉冲的时间-空间分布和光束质量因子变化规律.同时进行了激光二极管抽运重频Yb:YAG片状激光器电光调Q实验,并与模拟计算的结果进行了对比校核,印证了计算模型的正确性.这为主动调Q固体激光器的设计提供了参考.     

布氏角片状激光振荡器腔内损耗实验研究

为了研究布氏角片状激光器能量转换效率,提高激光器系统转换效率,采用实验的方法,对影响片状激光器转换效率的主要因素进行了理论分析并进行了实验验证,取得了能量输出与激光腔内损耗关系的数据。结果表明,多片结构带来的腔内固有损耗导致了激光器总体效率低下,由布氏角构形产生的腔内动态损耗限制了激光器连续工作能力,抽运损耗也对激光器能量转换效率有一定影响。     

V型有源镜构型热容激光器热特性研究

为了提高抽运效率、改善抽运均匀性、克服热退偏的影响,建立了一套V型有源镜构型热容激光器,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,对激光介质热分布进行了研究。数值模拟充分考虑了内热源的分布不均匀性,分析了激光介质的3维热分布。实验中采用热像仪对激光介质的表面温度进行了无接触测量。数值计算和实验研究结果具有较高的一致性。研究结果表明,该激光器构型对于提高热分布均匀性有较大的帮助。     

重频大能量脉冲激光技术研究取得重要进展

重频大能量脉冲激光在科学研究、工业加工、国防建设等领域具有广泛的应用前景,世界各著名相关研究机构都在开展重频大能量脉冲激光技术的研究.激光聚变研究中心针对工业加工等应用对重频大能量脉冲激光的需求,开展了50 Hz-10 J量级纳秒脉冲激光技术研究, 2020年取得重要进展.     

水冷10 Hz Yb:YAG激光放大器热管理

为了控制重频放大器的热致波前畸变,设计并加工了均匀冷却的背面水冷激活镜激光放大器,对放大器的热畸变特性开展了实验研究,实验发现在泵浦功率密度较高即重复频率达到10 Hz,平均功率密度达到200 W/cm2时,放大器的热畸变既影响远场分布又对近场产生显著的调制。近场的调制会给放大器带来较大的损伤风险。为了消除热畸变对近场的调制,首先对泵浦强度分布进行了匀化,然后对介质进行了边缘热平衡控制,消除了热畸变引起的近场调制。通过对上述因素的控制,采用水冷激活镜构型的四程放大器实现了在10 Hz频率下良好运行。在没有进行主动补偿的情况下,实现了远场焦斑优于5倍衍射极限的输出。     

混合掺杂Cr~(4+),Yb:YAG晶体储能特性的数值模拟

借助于Cr4+,Yb:YAG激光放大器抽运动力学模型,在浓度(原子数分数)厚度(mm)积为15%.mm、抽运功率密度为20 kW/cm2的情况下,对不同口径、不同掺杂浓度的Cr4+,Yb:YAG晶体放大器中的储能进行了模拟计算。计算表明,在不掺入Cr4+的Yb:YAG晶体中,随着Yb3+浓度的增加(横向尺寸不变)和横向尺寸的增加(浓度不变),最终获得的储能密度反而减小。但在混合掺入Cr4+后,放大器中的储能将受到Cr4+浓度的影响,在Yb3+的浓度和横向尺寸一定情况下,放大器中的最大储能随Cr4+的增加将先增加,后减小,即:在一定情况下,为了获得放大器中最大的储能,掺入的Cr4+离子浓度有一优化值,这一优化值将由Yb3+离子浓度和介质的横向尺寸确定。     

重频Yb:YAG水冷放大器介质热分布测量与控制

为了控制端面泵浦Yb:YAG水冷激光放大器的热效应,对介质的温度分布进行了实验测量,测量了不同口径和厚度的晶体在不同的泵浦频率下的介质表面温度分布。对介质温度分布进行了理论分析,包括泵浦分布、ASE产热等因素对温度分布的影响,得到了影响介质横向温度梯度的关键因素。研究结果表明,泵浦光相对介质的位置对温度面分布有重要影响。提出了提高泵浦填充因子、利用包边吸收ASE光线的方法抑制横向温度梯度的初步设计方案。     

低温液冷块状Yb∶YAG激光放大器

针对高功率激光的应用需求,提出一种新构型的低温激光放大器方案,采用低温液体侧面冷却三角形沟槽设计的块状Yb∶YAG晶体,抑制了介质内寄生振荡,改善了热管理效果,实现了放大器高效储能与提取,获得了能量为9.4 J、脉冲宽度为10 ns、重复频率为5 Hz、远场3.3倍衍射极限的激光输出,为后续更大能量的Yb∶YAG激光放大器设计提供了有益的参考。