混合放大100MHz高重复频率窄脉宽单频激光器

利用高速光强度调制器对线宽为70kHz的单频连续(CW)光纤激光器发出的激光进行调制,获得了100MHz高重频、1ns窄脉宽激光输出,调制后脉冲激光的线宽小于0.8GHz。利用光纤激光放大器和Nd…YVO4固体激光放大器的混合放大装置进行放大,在一级固体激光放大后输出平均功率为13 W,在二级固体激光放大后获得了32.9W的脉冲激光输出。实验中对调制后单频窄脉宽的小信号激光采用光纤激光放大器进行预放大,预放大输出激光功率达到2W后采用固体激光放大器放大,从而避免了单频窄脉宽激光在光纤放大器中极易产生的受激散射和放大自发辐射(ASE)所导致的放大器损坏。放大后的激光仍保持了0.8GHz线宽和1ns脉宽、100MHz重频。这样的输出激光在一些特殊要求中可以获得应用。     

光学元件亚表面缺陷结构的蚀刻消除

 针对强激光光学元件的应用要求,对光学材料在研磨和抛光过程中形成的亚表面缺陷进行了分析,并借鉴小工具数控抛光和Marangoni界面效应,提出采用数控化学刻蚀技术来实现光学表面面形和微结构形貌的高精度加工,对亚表面缺陷具有很好的克服和消除作用。通过实验对亚表面缺陷的分布位置和特性进行了分析,同时实验验证了在静止和移动条件下Marangoni界面效应的存在,对材料的定量去除进行了实验,提出了亚表面缺陷的去除方法。     

高增益掠入射板条激光放大器的实验研究

为了替代主控振荡功率放大结构中的多级光纤预放结构,对小信号高增益的掠入射板条放大器进行了模拟和实验研究。利用板条内线性温度梯度引起的轴棱镜结构,测量了板条晶体的热转换系数。结果表明:0.1mW和1 W种子光提取时,热转换系数分别为0.37和0.28;抽运光功率为55W时,两种情况下板条最大温升相差16K;小信号提取时,板条晶体内的温升是制约增益提高的主要因素;采用0.1 mW种子光注入且抽运光功率为50 W时,可获得1.8 W的激光输出,增益高达43dB,水平方向光束质量因子M_x~2=1.30,垂直方向光束质量因子M_y~2=1.28。     

1064nm脉冲激光用于减胎手术的实验研究

针对近年来多胎妊娠发生率的提高,以及目前普遍实施的减胎手术存在一定的弊端,提出了一种新型安全可靠,简单快捷的减胎手术的方法。即利用1064nm的脉冲激光作用于胚胎组织产生的光致破裂效应造成胚胎瞬间死亡,从而达到减胎的目的。实验中利用牛肌肉组织及小鼠作为实验对象,采用脉宽为8ns、脉冲能量为60～100mJ、重复频率为1～10Hz可调的1064nm激光脉冲作用于样品,可造成直径约1mm、深度约4mm的孔状损伤,证实了该方法用于减胎手术的可行性。     

32 W百兆赫兹高重频可调谐单频激光光源

通过对连续种子光源的光强调制,并利用光纤放大器和固体介质放大器结合的混合放大方式,实现了百兆赫兹高重频可调谐单频激光光源。系统在基模输出条件下的最大输出功率为31.9 W,光束质量因子小于1.5,脉冲重复频率达到100 MHz,脉宽1 ns,测量得到的光束线宽小于0.8 GHz。实验结果验证了通过对连续光源进行光强调制获得高重频脉冲光源的可行性,并验证了混合放大方式是获得功率放大的一种有效手段。     

减少光学元件亚表面缺陷的方法研究

针对强激光光学元件的应用要求,对光学材料在研磨和抛光过程中形成的亚表面缺陷进行了分析,并借鉴小工具数控抛光和Marangoni界面效应,提出采用数控化学刻蚀技术来实现光学表面面形和微结构形貌的高准确度加工.通过实验对亚表面缺陷的分布位置和特性进行了分析,实验验证了在静止和移动条件下Marangoni界面效应的存在.对材料的定量去除进行了实验,提出了亚表面缺陷的去除方法.     

激光二极管端面抽运固体激光器的热效应和热透镜焦距测量

激光二极管(LD)端面抽运固体激光器的热效应是影响激光输出特性和系统综合性能的重要因素,因此准确的热透镜焦距测量是谐振腔设计的重要前提。从热传导方程入手,计算了LD端面抽运晶体的温度梯度分布,求出探测光束经过晶体后的相位差分布,通过傅里叶变换得到探测光的夫琅禾费衍射图样。基于上述理论模型,提出了一种利用探测光的夫琅禾费衍射图样测量热透镜焦距的新方法,可实时在线测量。由夫琅禾费衍射图样求出光程差,进而由光程差可求出激光晶体的热透镜焦距。实验测量了激光晶体的热透镜焦距,并与非稳腔法实验数据进行对比,证明了这种方法的可行性。     

用于光生毫米波的双频激光放大特性

采用激光二极管端面抽运的双纵模Nd∶YVO4微片激光器作为种子光源,双端面抽运的Nd∶YVO4行波放大器作为功率放大器,获得了大频差、高功率双频激光信号输出。分析了放大过程中光谱匹配对双频激光输出特性的影响。结果表明,随种子光入射功率从小到大变化,放大倍率呈起伏减小的趋势;受到放大器增益带宽的限制,放大后双频激光频差小于种子光频差。当种子源和放大器的抽运电流分别为14.5A和40.0A时,最终获得了功率为2.38 W,频差为47.7GHz的双频激光信号输出。     

基于光电二极管探测器的闪电光辐射信号观测

 利用硅光电二极管探测器,对2008年夏季广东省从化地区和北京昌平地区的自然闪电光辐射信号进行了观测研究,并对获得的312个观测数据进行了统计。得到如下结果：光辐射脉冲峰值为［10.97(5.55)±12.46］ mW/cm²,10%~90%光脉冲前沿为［1.14(0.44)±2.02］ ms,50%~50%光脉冲宽为［1.44(0.49)±2.07］ ms,一次闪电包含的光脉冲数为［3.78(3.00)±2.30］个;将统计结果与FORTE卫星上的硅光电二极管载荷的探测结果进行了对比,光脉冲峰值要大1~2个量级,脉冲宽度要小,符合对闪电光辐射信号传播的物理过程分析。     

基于CCD后向散射激光信号的PM2.5测量研究

根据米散射理论和激光传播方程,建立PM 2.5颗粒物浓度与后向散射光强的关系模型,并提出了基于电荷耦合器件(CCD)后向散射激光雷达的实时PM 2.5颗粒物浓度的监测方法。设计了以532 nm波长的激光器为光源、CCD为接收器的后向散射激光雷达实验装置。根据获得的实时大气颗粒物后向散射图像,提取灰度值矩阵并分析了散射图像的光强分布;对比赛默飞世尔科技公司的PM 2.5监测仪(SHARP)的实验结果,拟合了PM 2.5颗粒物浓度与散射光强的5个关系式,拟合度均在0.95以上。这种成本较低、操作便利的实时PM 2.5颗粒物浓度监测装置的推广,有助于建立PM 2.5污染物的分布和运动模型并绘制污染地图,具有重要意义。