RF-CO2激光器射频电源监控平台

射频电源是RF-CO2激光器中的一个重要部件.在开发一个新的RF-CO2激光器时,由于激光器负载和射频电源匹配失调,在调试过程中容易造成射频功放功率管击穿、烧损.为解决这一问题,设计了一套集数据采集、自动保护控制和可视化技术为一体的RF-CO2激光器射频电源监控平台.平台采用软件和硬件相结合的方式,在射频电源中嵌入控制模块,搭建数据采集系统和自动保护系统,并结合电路设计软件平台完成对射频电源的数据信息采集和保护控制.经过实验测试,平台可以有效避免射频电源功率管的损坏,实现射频电源的自动保护,并完成射频电源系统的数据采集和远程保护控制,缩短了RF-CO2激光器的调试周期,提高了整机的开发效率.     

半导体泵浦铷蒸气激光实现线偏振基模输出

采用2400 1/mm的平面光栅搭建Littrow外腔压窄半导体激光器输出激光线宽,获得中心波长可调的线宽0.16 nm的半导体激光作为铷蒸气激光的泵浦源.实验中,使用斩波器将泵浦光变为脉宽1 ms,重复频率100 Hz的重复脉冲形式,聚焦进长度为8 mm的铷蒸气泡,泡内充入79 kPa甲烷作为缓冲气体.进入铷蒸气泡的泵浦光峰值功率为1.84 W时,控制铷泡温度在125℃,获得了峰值功率17.5 mW的基模线偏振铷激光输出.     

全固态激励小型TEA CO_2激光器的研制

基于国产非晶态合金磁芯,研制了采用可控硅开关、脉冲升压变压器、以及两级磁脉冲压缩网络的全固态激励电路系统,并且应用于放电体积为29 cm3,工作气压为100 kPa的电晕预电离小型TEA CO2激光器。讨论了提高系统能量传输效率和减小系统体积的设计方法,并且测量了系统的工作性能以及各部分的能量损失。实验结果表明:磁脉冲压缩网络的能量传输效率大于83%,全固态激励系统的总效率大于75%;连接激光器负载时,输出脉冲的电压峰值约为22 kV,电流上升时间约为100 ns;得到了脉冲能量109 mJ,宽度70ns的激光输出,激光器整体效率约为3.3%。在目前的封离体积与气体循环方式限制下,激光器最大重复频率约为100 Hz,而激励电路部分可以达到400 Hz的工作频率。     

连续泵浦准分子宽带泵浦碱金属激光器泵浦阈值理论研究

基于四能级受激准分子宽带泵浦碱金属激光器（XPAL）的工作机理建立了连续波半导体激光器泵浦的四能级XPAL理论模型,该模型基于速率方程,考虑泵浦光线宽与伴峰吸收线宽,采用迭代算法求解,主要用于分析半导体激光器连续泵浦四能级XPAL系统的泵浦阈值特性。讨论了温度、蒸气室长度、泵浦光线宽、输出耦合率和惰性气体粒子数密度对泵浦阈值的影响,结果表明激光器存在一个最佳温度可以使泵浦阈值达到最小,且在最佳温度附近较大范围内泵浦阈值不会有较大变化。除此之外,对蒸气室长度、输出耦合率、泵浦光线宽和惰性气体粒子数密度的分析表明,相较于惰性气体粒子数密度,其他参数的变化对泵浦阈值的影响较小。而较高的惰性气体粒子数密度可以有效提升增益介质对泵浦光的吸收从而降低阈值。     

基于MATLAB的CO2 激光光斑质量鉴别技术

针对光栅调谐TEA CO2 激光器,为了得到良好的光斑质量,利用红外热像仪、图像采 集卡、直驱交流伺服电机和计算机建立了一套光斑鉴别系统,并通过实验成功地实现了对CO2激光光斑质量的鉴别。     

可调谐TEA CO2激光器谐振腔结构稳定性研究

针对可调谐TEA CO2激光器谐振腔光桥结构的稳定性问题,重点通过分析光桥端板受力变形情况来研究光桥端板的选材和形状。建立了光桥端板的有限元模型,利用有限元分析软件计算出不同材料、不同形状的光桥端板变形量并作比较,分析结果表明三角形铝板是比较理想的端板方案,厚度为40 mm的三角形铝板最大变形量为1.27×10-3 mm。为设计稳定的可调谐TEA CO2激光器谐振腔结构提供了理论依据。     

TEA CO2激光器非对称电极系统的电场分布

 设计了一种非对称电极,这种非对称电极的阳极是Chang电极或Ernst电极,阴极是由直线和圆弧构成的简单电极。通过比较和分析非对称电极和对称电极的特点发现,非对称电极系统中简单电极的边缘电场起伏最大。采用有限元方法计算了非对称电极系统中的简单电极取不同的直线长度和弧线半径时,非对称电极系统的电场分布,给出了选择非对称电极系统中的简单电极参数的依据。结果表明：这种非对称电极系统结合了解析电极和简单电极的优点,通过选择非对称电极系统的简单电极参数,它可以在TEA CO₂激光器中产生边缘电场起伏小于0.06,且满足电极表面均匀场面积宽度要求的电场。     

脉冲能量对激光推进中冲量耦合系数的影响

实验通过采用最大输出脉冲能量为100J的TEACO2激光器,研究了从13~80J的激光脉冲能量对大气呼吸模式激光推进冲量耦合系数的影响。结果表明当脉冲能量在80~24J变化时,冲量耦合系数没有明显变化,当脉冲能量下降至22J以下时,冲量耦合系数下降52%。对这一特性进行了初步的理论分析,并通过改变实验环境气体压强,对这一理论进行了验证。     

脉冲波形对冲量耦合系数的影响

为了研究TEA CO2激光输出的脉冲波形对激光推进中冲量耦合系数的影响,通过激光技术手段,改变激光混合气体比例及压强,控制激光器脉冲输出波形,将激光的脉冲宽度压缩近50%.在此基础上进行的激光推进冲量耦合系数的实验测量和数值计算结果表明,对于大气呼吸模式TEA CO2激光推进而言,在不影响工质击穿功率密度的情况下,减小脉冲前段起击穿工质作用的尖峰部分占整个脉冲能量的比例,有利于获得高的冲量耦合系数.脉冲宽度大于二维运动的特征时间时,获得的冲量耦合系数也高于脉冲宽度偏小时所获得的冲量耦合系数.     

TEA CO2激光器输出平顶模按厄米-高斯模的展开

TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布一般为平顶型分布.为了给研究和分析TEA CO2激光器输出光束提供一种新的处理方法,采用FGB理论,对实验测量的一台TEA CO2激光器输出的实际平顶型光斑的能量密度分布按厄米-高斯函数进行了展开.根据展开结果,对TEA CO2激光器输出光束的空间分布特性进行了分析与讨论.初步证实了TEA CO2激光器输出光束的能量密度分布可以按厄米-高斯函数展开.