高功率高重频U型腔激光器的仿真与实验研究

为了得到结构紧凑的高功率、高重复频率固体激光器,设计了“U”型光学谐振腔,并利用LAS-CAD软件分析了激光晶体的热效应和激光输出特性。根据仿真结果进行了具体实验,最终得到了腔长400 mm的紧凑型固体激光器。在重复频率为100 kHz,泵浦功率为60 W时,输出功率达到21.6 W,光-光转换效率为36%,斜率效率为39.9%。     

基于飞秒激光直写光纤光栅的掺镱光纤激光器

利用飞秒激光微加工技术,可以在光纤纤芯内直写出布拉格光栅,它与传统的光纤光栅制作方法相比,具有耗时短、无需光敏光纤、周期可任意设定、光栅稳定性高等优点。采用800 nm钛宝石飞秒激光器,在Hi1060光纤内写入一支8 mm长的布拉格光栅,光纤光栅的周期为2.9 μm,这是中心波长为1 042 nm的八阶光纤布拉格光栅。将所得光栅与一段有源的双包层光纤熔接,作为激光输出镜,利用975 nm的LD光纤模块作为泵浦源,采用端泵浦技术构成双包层光纤激光器。双包层光纤采用Nufern公司镱(Yb3+)离子掺杂双包层光纤,光纤长度3 m。所得激光器的输出功率为71.1 W,中心波长1 042 nm,带宽约为0.8 nm。     

固态热容激光器3维瞬态热畸变模拟分析

根据固态热容激光器的动态工作特性,考虑热力学参数与温度的关系,采用3维有限差分方法模拟分析了薄片热容激光器的3维温度和热应力分布随时间的变化关系。计算了热容激光器的热畸变和退偏损耗随时间的动态变化规律,并与采用连续水冷却方式工作的圆棒激光器的热畸变特性做了比较。模拟结果显示,形变是引起波前相位畸变的主要因素,退偏损耗随泵浦时间增加和泵浦功率增大而非线性增大。     

氧碘化学激光器直线分段扩开型扩压器实验研究

研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响,实验结果表明：光腔上下壁扩开全角8°时,选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力;超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压,且截止反压提高约12%;在相同腔压下,10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%;超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布,并有效提高扩压器效率。     

Yb:YAG薄片激光器多通泵浦耦合系统设计与实验

介绍了基于Yb:YAG薄片的16通泵浦耦合系统的设计方法,建立了泵浦系统的模型,对模型进行了模拟。以16通泵浦耦合系统为基础,通过微通道冷却,利用国产单片直径10 mm、厚度为250 μm、掺杂原子分数为10% 的Yb:YAG薄片进行了实验研究。在泵浦功率为69.5 W时,采用曲率半径为－800 mm的输出镜,获得了27 W的1 030 nm连续激光输出,光光转换效率为38.8%;采用曲率半径为－2 000 mm的输出镜,获得了18.65 W的1 030 nm连续激光输出,光束质量平分因子小于等于1.1,光光转换效率为26.8%。     

6.2 W外腔和频589 nm黄光激光器

报道了一台800 Hz,6.2 W外腔和频的589 nm黄光激光器。基频激光器均采用双棒串接平平对称腔,增益介质为Nd：YAG晶体,采用声光调Q方式分别获得11.1 W的1 064 nm激光和12.6 W的1 319 nm激光。和频晶体采用三硼酸锂（LBO）,尺寸为4 mm×4 mm×30 mm,采用Ⅰ类非临界相位匹配。将两束激光通过分光镜合束,聚集后注入LBO晶体,获得589 nm黄光最大输出功率为6.2 W,脉宽为50 ns,和频效率26.2%。x方向和y方向的光束质量平方因子分别为3.20和3.61。     

全光纤激光器实现kW级功率输出

搭建了一台全光纤结构的光纤激光器。采用双端泵浦结构,共有36个泵浦输入端。在使用其中的24个泵浦输入端,泵浦功率为1 477 W时,获得了1 008 W高功率输出,光光转换效率为68%。输出激光的中心波长为1 082 nm,半波全宽为3 nm。目前激光器输出功率受限于泵浦功率,增加泵浦源的数目有望进一步提高输出功率。     

化学激光器燃烧室两步反应法的实验研究

在环柱型增益发生器实验系统燃烧室的设计中,将主稀释剂He从两个不同的区域注入燃烧室,其中一部分与D2预混以后通过D2喷注孔注入,另一部分通过主喷管叶片后端的后向喷注孔注入。讨论了不同区域的主稀释剂流量的变化对激光器特性的影响。实验结果表明：后He流量改变时,激光器的功率变化及点火稳定性等明显优于前He流量改变的情况。若要增加主稀释剂比例,应优先考虑调整后He。     

国产大功率全光纤主振荡功率放大器

以国产掺Yb光纤为增益介质,利用国产泵浦源和光纤器件,构建了主振荡功率放大结构的全国产大功率全光纤激光器。在注入的最大泵浦功率为75 W时,获得了52.5 W,1 080 nm激光的稳定输出,光-光效率为70%。实验结果表明,提高泵浦功率可获得更高的输出功率。     

美首次用微波让两个离子发生量子纠缠

美国科学家首次用微波替代常用的激光束,让两个独立的离子(带电原子)发生量子纠缠,这表明,智能手机中采用的微型化商用微波技术可取代量子计算机要求的房间大小的“激光器阵列”,这将大大减小量子计算机的“块头”。最新研究发表在8 月11日出版的《自然》杂志上。
量子计算机主要利用量子物理学的“奇异”规则来解决某些问题,量子纠缠对量子计算机的信息传输和纠错至关重要。离子可作为量子位(量子计算机中的最小信息单位)来存储信息。尽管包括超导电路(人造原子)等在内的量子位的其他“候选者”也能被微波在芯片上操作,但实验表明,离子量子位的表现更好,因为当粒子数量增加时,对离子进行控制的精确度更高且信息损失更少。
量子纠缠是多个粒子联动的状态,到目前为止制出量子纠缠需要高功率激光等大型装置。而微波作为无线通信的载体,同复杂且昂贵的激光源相比,微波元件更容易扩展和升级,以便科学家制造出利用成千上万个离子进行量子计算和模拟的实用设备。
此前,科学家们已成功使用微波实现了对单个离子的操控。现在,美国的科研人员首次借用微波让单个镁离子的“自旋”发生旋转并让一对离子自旋发生了纠缠。参与研究的迪特里希·莱布弗里得称,这是一套常见的量子逻辑操作,旋转和纠缠可按顺序组合以执行量子力学许可的任何计算。
在实验中,两个离子被电磁场“扣住”并在一个由镀在氮化铝衬底上的金电极组成的离子陷阱芯片上盘旋。有些电极会被激活,在离子周围制造出频率介于1GHz 到2GHz 之间、振动的微波辐射脉冲,微波产生了让离子自旋发生旋转的磁场。离子自旋能被看作是指向不同方向的细小条形磁铁,这些磁铁的方向是一种量子属性,可用来表达信息。
使用微波减少了因激光束指向、能量以及被离子诱导的激光器自发发射的不稳定所导致的错误。然而,科学家们仍然需要改进微波操作才能使实际的量子计算或量子模拟成为可能。在实验中,76%的时间发生了量子纠缠,超过了定义量子属性发生所要求的50%这个最低值,但仍然无法与由激光器操作离子达到的最高值99.3%相抗衡。
莱布弗里得表示：“最终,一台中等大小的量子计算机或许看起来由一部智能手机与激光笔一样的设备结合在一起形成,复杂的量子计算机可能和普通台式机一样大。”
摘自中科院高能所《科研动态快报》2011-8