用于激光推进的高功率激光器的选择

 从激光推进的要求出发，阐述了用于激光推进的高功率激光器的选择原则，即激光器必须满足：（1）高的平均功率和峰值功率；（2）高的单脉冲能量；（3）高的重复频率；（4）优良的大气传输特性。主要分析了目前YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA脉冲CO₂激光器的特点，通过上述4个方面性能的比较，认为在目前水平下，TEA脉冲CO₂激光器是进行激光推进的首选强激光源，其优点表现在：功率可达10kW量级，单脉冲能量可达0.5~1kJ，重复频率为20~40Hz；激光波长处于大气传输窗口，对大气变化不敏感；工作物质快速流动，不存在热透镜效应和破坏阈值；相关光学元件易于制造；光束质量较好；运行成本低。     

在柔性变焦系统中的压力变焦镜

从理论上和实验上对水冷镜的镜面曲率半径随压力变化的规律作了研究。对压力变形后镜面相对于球面作了波像差分析，分析表明压力变焦镜用于中红外激光系统是合适的     

光场力对烧蚀物时空分布的影响

对烧蚀物的时空分布进行了研究。烧蚀物离开靶材表面时的速率分布由蒸发机制决定,在激光作用时间内烧蚀物的传输行为由扩散机制和光场力机制共同决定,激光作用结束后烧蚀物的传输行为由扩散机制单独决定,并解释了烧蚀物的时空分布及烧蚀物趋光运动的现象。     

紫外预电离TEA CO2激光器放电特性的实验研究

 横向激励大气压（transversely excited atmospheric,TEA）CO₂激光器的放电稳定性是决定该类型激光器应用效果的关键因素。通过对采用电感充放电电路的紫外预电离激光器的实验研究，得到了激光器放电动态过程的规律，并发现残余振荡是主放电后发生弧光放电的主要原因。实验中采用不同配比的气体，并对电感充放电电路与改进后的硅堆充放电电路进行了比较。实验结果表明：增加充电电感值可以降低主放电结束后储能电容上的残余电压；而采用硅堆放电电路在主放电后仅有相对幅值很低的稳定残压，两种方案都大幅度抑制了弧光放电的形成，有效地提高了激光单脉冲能量。     

直角内圆锥面全反镜折叠腔激光器的输出特性

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性特别是热稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内圆锥面反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔.实验结果表明,在圆锥全反镜失调角小于37.3′时,圆锥折叠腔激光器的单脉冲输出能量下降小于5%,且近场输出光斑没有明显变化;经模式仪分析表明,圆锥折叠腔激光近场光强分布均匀.圆锥反射镜折叠具有非常强的抗失调能力,结构简单,便于安装调整,特别适合于恶劣环境下的强激光系统应用.     

高功率横流CO2激光器的锥面反射镜谐振腔

根据针-板放电5kW横流CO2激光器的结构特点,设计并实验研究了直角锥面镜作为全反射镜的谐振腔。在菲涅耳-基尔霍夫理论的基础上,引入柯林斯公式并考虑增益影响,推导了锥面谐振腔的衍射积分方程,并进行了相应的模拟计算。研究结果表明,在高功率横流CO2激光器中锥面反射镜与平面输出镜相配合使用组成稳定腔,获得了TEM30的低阶模输出;由于锥面反射镜受加工精度的影响中心残留有加工盲孔,导致TEMmn(m=0,n≠0)的模损耗较大不易耦合输出;而镜面中心场分布很弱的其他低阶模因损耗小,则会优先输出。     

激光推进的理论及实验研究

报道了激光技术国家重点实验室在国防预研项目和航天研究基金的支持下,进行激光推进的部分结果.理论上研究了激光推进的激光推力、比推力、能量耦合系数和功率转换效率等参数与激光参数以及使用材料的性质的关系.实验上研究了铝、聚四氟乙烯、有机玻璃等不同靶材的激光推进效果;将单脉冲能量为7 J、脉宽为1 ms的YAG激光聚焦后作用在环氧树脂上,得到了单脉冲的激光推力为0.5牛顿、比推力为120 s、能量耦合系数8达因/瓦、功率转换效率为4.99%;采用YAG倍频激光器、准分子激光器及TEACO2激光器,研究了激光推进效果与波长的关系. 研究结果表明激光推进参数与激光参数(波长、功率、脉冲宽度、重复率)及使用材料的性质有很大的关系.激光能量越大,脉冲宽度越窄,光斑尺寸越小,所产生的激光推进效果越好.(OE35)     

高功率CO激光器窗口膜系优化设计

利用膜系设计软件TFCalc35,综合考虑膜系光学性能、驻波场、温度场、热应力场分布,通过调整膜系各层的厚度来调整膜系中电场峰值的位置,设计出了以ZnSe为基底,ZnSe与YF3作为高,低折射率膜料,具有较强激光破坏阈值的高功率CO激光器窗口膜系,窗口的一面反射率达95%,另一面则尽量增透,透过率达99.9%以上.     

空气呼吸模式CO2激光等离子体光谱观察

为了了解采用脉冲CO₂激光推进空气呼吸模式时光船参数等对产生等离子体的影响，介绍了利用实验室自行研制的紫外预电离TEA CO₂激光器进行的激光等离子体实验。实验采用底面直径为60mm、焦距为5mm和10mm的抛物面光船。介绍了空气呼吸模式激光等离子体的谱和明显的特征谱线，以及等离子体的时间演化过程。结果表明：空气呼吸模式等离子体的持续时间约为20μs，在6μs左右时信号强度达到最大值；激光脉冲作用后，信号迅速衰减；10mm光船产生的等离子体信号峰值和持续时间均略长于5mm光船的。     

气动激光窗口真空密封原理及其分子互扩散方程

本文阐述了节流抽气式气动激光窗口(TEALW)的真空密封原理,推导出了分子互扩散方程。依据此方程对CO_2激光器工作气体He、N_2、CO_2、O_2的互扩散速率进行了计算,所得曲线与实验数据能很好地吻合。