高能激光六十年:回顾与展望

激光的本质是微观粒子的有序运动,而热是微观粒子的无序运动,高能激光产生过程中这一对矛盾贯穿始终,可以说高能激光的发展史,就是一部与废热的斗争史。回顾高能激光发展的六十年,剖析高能激光的科学内涵,我们大致将其划分为前后三十年的两个阶段,前一阶段着重解决能用的问题,后一阶段重在解决好用的问题。围绕产热、散热,我们剖析了激光功率、光束质量、效率三者之间的内在关联,简要回顾了各类高能激光器的发展历程,评价了各类高能激光的特色,展望了高能激光未来的发展路径。     

剪切干涉仪与哈特曼波前传感器的波前复原比较

对横向剪切干涉仪和哈特曼波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明,在相同输入波前、相同探测面元、相同拟合函数及阶数的情况下,横向剪切干涉仪的波前复原能力比哈特曼波前传感器强。主要原因是前者对波前的间接采样所包含的波前信息大于后者,并且前者比较容易增大对波前的采样。     

A 168-W high-power single-frequency amplifier in an all-fiber configuration

We present a high-power, single-frequency, narrow linewidth fiber amplifier based on master oscillator power amplification chains in an all-fiber configuration. The effect of the delivery fiber on the maximum output power is studied. A home-made 1064-nm seed laser with a 20-kHz linewidth is boosted to 129 W, and limited by stimulated Brillouin scattering (SBS) when the delivery fiber is 1.2 m long. By shortening the delivery fiber length to 0.7 m, the SBS threshold is increased efficiently and the maximum output power rises to 168 W with an 82.9% power conversion efficiency. The experimental results indicate that the output power can be further raised by shortening the delivery fiber length and increasing the pump power.     

连续波光参量振荡器定向红外干扰

介绍了基于光纤激光器泵浦的光学参量振荡器发展现状及其在定向红外干扰技术中的应用前景,对定向红外干扰技术的一些基本原理进行了讨论。利用自研的一台基于光纤激光器泵浦的连续波光学参量振荡器,通过周期调谐的方式分别实现3.414,3.630和3.820 m的瓦级中红外激光输出。采用这3个波长的激光对中红外热像仪进行了干扰原理性实验。对比实验结果可以得出:对于3.820 m波长的中红外激光,当其辐照的HgCdTe探测器前功率密度大于10 W/cm2量级时,在传输750 m距离后,热像仪实现饱和效果并且非饱和区域图像灰度级发生较大变化,达到了掩盖有用信号的目的。     

准分子宽带泵浦碱金属激光器

基于国内外相关研究成果,对准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)的原理进行了阐述,对其优缺点进行了分析,针对半导体泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)发展中所面临的困难,分析了XPAL解决这些困难的潜力。最后综述了XPAL近年的发展,提出了下一步的发展方向。     

准分子宽带泵浦碱金属激光器泵浦特性分析

建立了以Rb-Ar混合气体为增益介质的四能级准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)含时速率方程模型,计算得到了运转过程各能级粒子数和腔内激光强度随时间的变化曲线。结果表明:XPAL的阈值泵浦强度很高,泵浦源谱宽与吸收线宽匹配不能达到提高吸收效率、降低阈值的目的; 在泵浦功率一定的条件下, 增加介质长度和温度可以提高吸收效率,但将降低单位体积泵浦速率; XPAL成功的关键在于实现有效的泵浦吸收。     

基于间接跃迁模型的p+-GaAsSb费米能级研究

重p型掺杂GaAsSb广泛应用于InP HBT基区材料,重掺杂影响GaAsSb材料的带隙和费米能级等重要参数,这些参数对设计高性能HBT起着关键作用。本文通过间接跃迁模型研究了p⁺-GaAsSb材料的荧光性质,以及费米能级与Sb组分的关系。由于费米能级与空穴有效质量m_h和空穴态密度n_h存在函数关系,我们通过荧光测量并计算了空穴有效质量m_h和空穴态密度n_h,研究结果表明m_h和n_h共同主导了费米能级的变化。     

基于偏振自适应和主动相位控制的相干合成的实验研究

进行了非保偏放大器与保偏放大器的相干合成的实验研究。通过随机并行梯度下降（SPGD）算法对非保偏放大器进行偏振自适应控制,使非保偏放大器输出激光的消光比达到11.5 dB,与保偏放大器在同一偏振方向上的光功率占总功率的93.4%。利用单抖动法进行非保偏放大器与保偏放大器的主动相位控制,实现相干合成。实验结果表明:SPGD算法能够有效实现偏振自适应控制,偏振自适应控制前后相干合成远场的条纹对比度从80.1%提高到87.2%,相干合成的效果提升明显;通过增加参与合成的放大器路数,并在各路激光中引入多级功率放大器,能够得到更高的合成功率输出。     

增益竞争双波长放大单频光纤放大器理论研究

引入增益竞争是抑制单频光纤放大器中受激布里渊散射(SBS)的有效方式. 在单频光纤放大器的基础上, 推导了描述增益竞争双波长放大单频掺镱双包层光纤放大器的稳态速率方程组, 建立了增益竞争双波长放大单频光纤放大器的理论模型; 利用建立的理论模型模拟分析了信号光波长间隔、 信号光种子功率比、 抽运方式和增益光纤长度等因素对放大器的单频激光输出 效率以及SBS抑制效果的影响.