高平均功率固体激光功率和光束质量关系研究进展

 固体激光的一个重大发展方向和目标是实现“三高”(高平均功率、高光束质量和高效率)激光同时输出,结合相关研究工作和进展,着重论述了固体激光输出功率和光束质量的关系,给出了功率升高、光束质量非线性下降是当前“三高”固体激光研究的一个基本科学技术问题。围绕这一基本问题,评述了一些重要技术途径和手段,并探讨了实现高平均功率高光束质量固体激光输出的可能有效途径。     

一种提高相对论返波管功率容量的方法

 对相对论返波管实验中射频击穿现象进行了分析和数值模拟研究,发现谐振反射器和慢波结构的局部场增强诱导了场致电子发射,引起了金属表面的射频击穿,通过研究分析,提出采用分布反馈式谐振反射器,并采用梯形倒角非均匀慢波结构替换正弦慢波结构的方法来抑制射频击穿。数值模拟研究表明,在微波功率2 GW时,改进后的反射器最大场强由1.4 MV/cm降低为570 kV/cm,慢波结构表面最大电场由1.1 MV/cm降低到780 kV/cm。改进后的结构在二极管电压765 kV时获得了微波功率2.2 GW、脉宽45 ns的实验结果,微波功率和脉宽得到显著提升。     

High-power diode-end-pumped Tm：YAP and Tm：YLF slab lasers

Diode-end-pumped continuous-wave(CW) Tm:YAP and Tm:YLF slab lasers are demonstrated. The a-cut Tm:YAP and Tm:YLF slabs with doping concentrations of 4 at.-% and 3.5 at.-%,respectively,are pumped by fast-axis collimated laser diodes at room temperature. The maximum CW output powers of 72 and 50.2 W are obtained from Tm:YAP and Tm:YLF,respectively,while the pump power is 220 W,corresponding to the slope efficiencies of 37.9% and 26.6%,respectively.     

Studies on the mechanisms of powerful terahertz radiations from laser plasmas

A survey on the mechanisms of powerful terahertz (THz) radiation from laser plasmas is presented.Firstly,an analytical model is described,showing that a transverse net current formed in a plasma can be converted into THz radiations at the plasma oscillation frequency.This theory is applied to explain THz generation in a gas driven by two-color laser pulses.It is also applied to THz generation in a tenuous plasma driven by a chirped laser pulse,a few-cycle laser pulse,a DC/AC bias electric field.These are well verified by particle-in-cell simulations,demonstrating that THz radiations produced in these approaches are nearly single-cycles and linear polarized.In the chirped laser scheme and the few-cycle laser scheme,THz radiations with the peak field strength of tens of MV/cm and the peak power of gigawatt can be achieved with the incident laser intensity less than 10 17 W/cm 2.     

Design and analysis of a novel tunable optical power splitter

A novel tunable optical power splitter,with a Y-branch waveguide based on the total internal reflection and a microprism with tunable index refraction,is presented.Numerical simulation of its optical performance shows that a high dynamic range,low optical loss,and relatively low wavelength-dependence can be achieved.This component offers numerous advantages such as ease for fabrication,low cost,and compact size,which are very useful for potential application in integrated optical devices.     

Scintillation reduction using multi-beam propagating technique in atmospheric WOCDMA system

We propose employing multi-beam propagating technology to mitigate the influence of atmospheric scintillation to the wireless optical code division multiple access (WOCDMA) system and then deduce the bit error rate (BER) formulas of systems in weak and strong scintillations,respectively.According to simulation experiment results,multi-beam propagation can improve the system performance very well compared with single-beam propagating technique.Moreover,the more beams we use,the better the performance we get.When the received optical power is-30 dBm,the BER of the system employing four beams is 5 and 1 dB lower than that of using single-beam propagating technique in weak and strong scintillations,respectively.     

用于实时溅射深度测量的新型Grimm辉光放电光源的设计

采用辉光放电光谱仪进行物质表面深度分析时,样品溅射深度是重要的分析信息.本文设计了一种新型Grimm辉光放电光源,此光源与激光位移测距传感器构成的测昔系统可对样品溅射深度进行实时测量,并保证了良好的辉光溅射效果和分辨多层结构及界面的能力.采用激光三角测量技术,在辉光光谱分析的同时对溅射深度进行实时测量,能够有效地解决传统深度分析方法中步骤繁琐以及对深度估算不准确等问题.本光源采用光纤将辉光光谱信号从光源传至多道分光光电检测系统,在结构上首次实现了元素光谱信号和溅射深度信号的实时采集及基于时间的同步分析,对标准样品得到了理想的实时溅射深度测量曲线.本文详细介绍了此新型辉光放电光源的设计思路和工作原理.本辉光放电光源具有良好的深度分辨率,在30 mA,900 V,20 min的溅射条件下,对铁基和铜基样品的溅射速率分别约为10和55 nm·s-1,文中给出了样品的溅射坑表面形貌图和溅射坑显微照片.对中低合金钢标准样品进行了分析精密度实验,分析精度良好,其中C,Cu,Al,Ni,Mo,Mn,V元素相对标准偏差(RSD)均小于1.7%.Cr和Si元素RSD小于2.6%,给出了实测数据.     

电介质表面纵向射频电场对次级电子倍增效应的影响

基于次级电子倍增动力学模型和次级电子发射曲线,运用蒙特卡罗方法模拟电介质表面具有纵向射频电场作用下的单边次级电子倍增现象,研究次级电子倍增的表面电场敏感曲线和时间演化图像. 以一个S波段射频介质窗为例,计算次级电子在其介质表面的沉积功率. 结果表明,纵向射频电场可能加剧电介质表面的次级电子倍增效应,易于导致介质片破裂,不利于高频能量传输. 关键词： 纵向射频场 次级电子倍增效应 蒙特卡罗方法 功率沉积     

高功率固体激光装置光学元件"缺陷"分布与光束近场质量的定量关系研究

基于光传输理论,获得了弱调制情况下光学元件"缺陷"分布功率谱密度 (power spectral density, PSD)与光束近场强度分布PSD之间的定量关系;通过数值模拟的方法,针对高功率固体激光装置的基本单元(线性介质、非线性介质以及空间滤波器)对获得的理论关系进行了具体的验证和讨论.研究结果表明,弱调制下,只存在振幅型或位相型"缺陷"分布时,光学元件"缺陷"分布PSD与光束近场强度分布PSD通过近场强度分布PSD的系统传输因子联系,传输因子与系统的构型和运行状态有关.研究结果为光学元件"缺陷"分布指标的获得提供了理论基础,对高功率固体激光装置负载能力的提升起到了一定的指导作用. 关键词： 缺陷分布 功率谱密度 光学元件 光束质量     

高功率光纤激光器二级抽运技术的理论分析

从理论上分析了高功率光纤激光器直接抽运和二级抽运的斜率效率和热管理问题. 计算结果表明:波长为975 nm的激光直接抽运产生波长为1070 nm的激光时,理论斜率效率为80%,但当抽运光功率为10 kW时,在强制水冷条件下纤芯极值温度也难以降到150 ℃以下;在二级抽运技术中,波长为1018 nm的激光抽运产生波长为1070 nm的激光时,若采用传统的包层抽运技术,其斜率效率不足20%,如果抽运功率填充因子由0.0025提高到0.1,则理论上斜率效率可由18.5%提高到80.9%,从而总斜率效率由15.5 关键词： 二级抽运 功率填充因子 斜率效率 热管理