高重复频率水冷Nd:YAG激活镜放大器的温度特性

为解决高重复频率大能量激光放大器的热管理问题,采用数值模拟与实验分析的方法,对背面水冷Nd:YAG激活镜放大器的流体散热进行了研究.基于低雷诺数k-ε湍流模型,建立了流-固共轭传热多物理场藕合分析模型,对比分析了近壁面处理方法对流体流动、对流扩散和热传导过程及温度分布的影响,分析研究了不同冷却液流量和泵浦参数对流场特性、激光介质温度和波前分布的影响.数值模拟表明:激光介质的温度分布与固液边界层内的黏性作用密切相关,且冷却液的热扩散主要发生在100μm范围内;激光介质的热沉积分布中心对称,而温度分布沿水流方向不对称,最大温升位于出水口端且基本保持不变;增益介质前表面的温度分布与介质的波前分布随冷却液流量非线性变化,而随泵浦参数线性变化;实验结果与数值模拟符合较好.

重频大能量脉冲激光技术研究取得重要进展

重频大能量脉冲激光在科学研究、工业加工、国防建设等领域具有广泛的应用前景,世界各著名相关研究机构都在开展重频大能量脉冲激光技术的研究。激光聚变研究中心针对工业加工等应用对重频大能量脉冲激光的需求,开展了50 Hz-10 J量级纳秒脉冲激光技术研究,2020年取得重要进展。

间隔掺杂低温Yb:YAG叠片放大器的热效应优化

针对高重复频率运行下低温氦气冷却的间隔掺杂Yb:YAG叠片激光放大器中热效应的问题,提出了一种多层Cr^(4+):YAG热管理技术,并优化设计了放大器Cr^(4+):YAG间隔层和包边结构以减少热效应的影响。利用三维有限元和琼斯矩阵方法,分析了不同Cr^(4+):YAG结构激光介质中温度和应力应变分布,并模拟计算了热致双折射退偏损耗和波前畸变。数值结果表明,通过设计两层和三层Cr^(4+):YAG结构,降低与增益介质相邻Cr^(4+):YAG中的热沉积,增益区内的横向温差可降低到1.5 K以内,光束经过整个放大器后平均退偏损耗和波前畸变可分别减少到0.5%、0.8λ;进一步合理地设计Cr^(4+):YAG的层数和吸收系数能有效消除热效应对光束质量的影响。

边发射半导体激光器光纤耦合技术研究进展

随着半导体材料生长工艺和封装技术等的快速发展,高功率、高亮度半导体激光器的性能不断提升,使之在工业加工、生物医疗、国防以及作为光纤和固体激光器泵浦源等方面有着重要作用。近些年来,边发射半导体的功率和光束质量的提升,使得耦合到光纤的输出功率不断提高。单管光纤耦合逐渐从毫瓦级输出发展到数十瓦输出,通过偏振、光谱、空间等合束技术,甚至达到数百瓦的输出。在叠阵或多线阵光纤耦合方面,也实现了从数十瓦级输出发展到数十千瓦级输出。从单管、线阵和叠阵三种半导体激光器出发,对半导体激光器发展现状、技术进行了调研分析,对光纤耦合半导体激光器的多种整形、合束和耦合技术进行了总结和展望。

激光清除石质文物表面污染物

在文物保护领域中,石质文物表面的污染物影响文物美观,更威胁文物保存,因而急需开展文物清洗技术研究以解决这一问题。激光清洗技术与其他清洗方法(化学清洗和微粒子喷射等)相比,具有无损、去污能力强、精确和环保等特点。利用激光清洗技术清除石质文物表面污染物。实验研究了砂岩在激光辐照下的损伤,并结合理论计算,得到砂岩在脉冲激光(波长为1064nm)辐照下,10次脉冲的激光诱导损伤阈值为73.5mJ,理论与实验值基本吻合。在激光清除砂岩表面墨迹污染物实验中,得到了激光清洗所需的最佳方式和参数。在此基础上,到四川绵阳碧水寺进行现场实验,结果表明激光能安全有效去除烟熏污染物。

美国LIFE计划激光驱动器概念设计研究现状

惯性聚变能源(IFE)是公认的安全、无碳、可持续发展的洁净能源。从技术指标,光束结构、放大器结构、增益介质和系统效率、二极管抽运源等激光器结构,以及热致双折射和退偏振补偿技术、圆柱形空间滤波器等关键单元技术方面详细地介绍了美国激光惯性聚变能源(LIFE)计划二极管抽运固体激光驱动器的概念设计。LIFE计划将对高平均功率激光技术、高功率二极管和激光材料的发展产生重大影响。

欧洲HiPER项目激光驱动器概念设计研究现状

惯性聚变能源是公认的安全、无碳、可持续发展的洁净能源。简要介绍了欧洲高功率激光能源研究(Hi PER)项目激光驱动器的基准设计,然后从放大器的构型、热管理技术和放大的自发辐射抑制技术、激光系统的光束结构等方面重点讲述了满足Hi PER项目的两种千焦耳级激光链路方案。最后介绍了Hi PER项目实现商用激光聚变能源电站的发展规划。

低温液冷块状Yb∶YAG激光放大器

针对高功率激光的应用需求,提出一种新构型的低温激光放大器方案,采用低温液体侧面冷却三角形沟槽设计的块状Yb∶YAG晶体,抑制了介质内寄生振荡,改善了热管理效果,实现了放大器高效储能与提取,获得了能量为9.4 J、脉冲宽度为10 ns、重复频率为5 Hz、远场3.3倍衍射极限的激光输出,为后续更大能量的Yb∶YAG激光放大器设计提供了有益的参考。