基于注入锁定技术的单频连续高功率1342 nm Nd:YVO_(4)激光器

研究了一种基于注入锁定技术的888 nm半导体激光器(LD)泵浦的高功率单频可调谐1 342 nm Nd:YVO_(4)激光器。采用最大输出功率20 mW分布式反馈单频半导体1 342 nm激光器作为注入种子,利用lock-in (LI)技术,对LD端泵的Nd:YVO_(4)环形腔激光器进行种子注入,实现了单频可调谐激光输出。激光器最大平均输出功率为13.9 W,测量的线宽为41 MHz,调谐范围为1 341.677 4~1 341.802 5 nm。x轴和y轴的光束质量M2因子分别为M_(x)^(2)=1.30和M_(y)^(2)=1.23。实验结果表明:与先前文献报道的注入锁定1 342 nm可调谐激光的结果相比,所需种子功率大幅减小,输出功率也有所提升。

宽温区Yb∶YAG板条激光模块热畸变仿真研究

本文对不同冷却温度下的Yb:YAG晶体板条激光模块高功率运转时的温度场、应力场及对应的热畸变进行了仿真分析研究。结果显示,随着冷却温度从300 K降低至77K,板条的温度梯度热应力与应变都明显降低。当冷却温度为77 K时,最大主应力为4.14 MPa,仅为常温时的15.6%,最大主应变为3.82×10^(-5),仅为常温时的6%。为了分析Yb:YAG晶体板条激光模块不同冷却温度下输出激光的光束质量,以确定其最佳运转温度,我们采用光线追迹的方法,对单程通过板条的1030 nm探测光进行仿真。可以看到,当冷却温度为77 K时,远场光斑能量更为集中,且探测光光程差的PV值为0.7941μm,仅为300 K时的59.6%。模拟结果表明低温运转有利于Yb:YAG晶体板条激光模块产生高功率高光束质量激光输出,这为高功率高光束质量Yb:YAG晶体板条激光的设计工作奠定了基础。

激光等离子体13.5 nm极紫外光刻光源进展

半导体产业是高科技、信息化时代的支柱。光刻技术,作为半导体产业的核心技术之一,已成为世界各国科研人员的重点研究对象。本文综述了激光等离子体13.5 nm极紫外光刻的原理和国内外研究发展概况,重点介绍了其激光源、辐射靶材和多层膜反射镜等关键系统组成部分。同时,指出了在提高激光等离子体13.5 nm极紫外光源输出功率的研究进程中所存在的主要问题,包括提高转换效率和减少光源碎屑。特别分析了目前已实现百瓦级输出的日本Gigaphoton公司和荷兰的ASML公司的极紫外光源装置。最后对该项技术的发展前景进行了总结与展望。

钠信标激光技术进展

地基光学望远镜对天观测时,大气湍流扰动引起星光波前畸变将导致其实际分辨率远低于物理极限,这是急需解决的科学技术问题。采用钠信标激光激发海拔80~105 km大气电离层中的钠原子可产生高亮度的钠导引星,可作为信标探测大气对光波的扰动,再利用自适应光学技术进行校正,能使望远镜克服大气扰动影响,获得近衍射极限的分辨率。介绍了钠信标激光的特性与国内外研究进展,尤其是中国科学院理化技术研究所激光物理与技术研究中心研制的钠D2线双峰谱型匹配的微秒脉冲钠信标激光器及其在大型望远镜上的应用情况。

基于Fokker-Planck-Landau碰撞模型的非均匀尘埃等离子体目标散射特性

从玻尔兹曼方程出发,推导了全电离非均匀尘埃等离子体的Fokker-Planck-Landau碰撞模型下时域有限差分的迭代表达式.结合尘埃等离子体的碰撞效应和充电效应,得到了Fokker-Planck-Landau碰撞模型下全电离尘埃等离子体的电导率表达式.利用Z变换时域有限差分(Z-FDTD)法计算了二维情况下尘埃等离子体涂覆金属钝头锥的雷达散射截面.分析了尘埃粒子密度、尘埃粒子半径、电子密度与尘埃粒子密度比值、尘埃粒子充电频率以及电磁波的入射角对钝头锥散射特性的影响.结果表明,在全电离空间非均匀尘埃等离子体中,随着尘埃粒子半径的增大会削弱德拜屏蔽效应,导致雷达散射截面增大;此外,受到尘埃等离子体的碰撞效应和充电效应产生影响,会对目标的雷达散射截面有较大的影响.这些结果对研究空间非均匀尘埃等离子体的电磁波散射特性以及近地空间的通信问题提供了理论依据.

新颖的中红外6.45μm激光医疗应用及光源研究进展(特邀)

基于新型激光消融/切除机理,中红外6.45μm激光用于生物组织消融/切除时不但效率高,而且附带损伤仅为微米量级,其附带损伤区域与细胞尺寸相当,是目前附带损伤最小的激光刀技术,在精准医疗领域具有重要应用前景。文中对低附带损伤6.45μm激光消融/切除机理、生物医学应用及6.45μm激光国内外研究现状进行了综述,并对其发展前景进行了展望。

638nm、532nm激光泵浦的连续波翠绿宝石激光器

报道了一种高功率、高光束质量的755 nm连续波翠绿宝石激光器。首先,对比研究了638 nm激光二极管(LDs)和532 nm固体激光器单端泵浦的翠绿宝石激光器。当638 nm LDs作为泵浦源时,得到的连续输出功率、光-光转换效率分别为3.9 W和19.7%。保持其他条件基本不变,将泵浦源换成532 nm激光器,得到的连续输出功率、光-光转换效率分别为2.1 W和10.0%。结果表明利用638 nm LDs泵浦翠绿宝石可获得更高的激光功率和转换效率。此外,研究了638 nm LDs双端泵浦的翠绿宝石激光器,在755 nm处得到了6.2 W的连续输出功率,相应的光-光转换效率和斜效率分别为16.3%和24.2%,并且连续输出功率为5.0 W时的光束质量M2优于1.47,这是翠绿宝石激光器在近衍射极限下的最高连续输出功率。这种高功率、高光束质量的755 nm翠绿宝石激光器为连续波紫外激光器的研制提供了良好、稳定的基频源。

富勒烯制备与提纯方法研究进展

富勒烯是由碳五元环和六元环相互排列组成的封闭中空分子的统称,是继石墨和金刚石之后人们发现的第三种碳的同素异形体。富勒烯具备独特的笼型结构以及特殊的物理化学性质,有着很高的应用研究价值,因此受到人们越来越多的关注,而其制备与分离技术是研究和应用的基础,本文综述了富勒烯的制备与提取分离方法,分析了影响富勒烯制备产率和效率的因素,比较了各种方法的优缺点,最后对富勒烯制备提纯技术提出了展望。

紧凑高效型百瓦级2μm棒状Tm:YAG激光器

报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管(LD)侧面泵浦激光模块,提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构,包含单个激光模块,几何腔长为88 mm,整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却,在冷却温度为12℃条件下,获得了最高功率为119 W、波长为2.02μm的激光输出,光-光转换效率为19.6%,斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h,功率波动小于1%,晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得x和y方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。

微秒脉冲激光钠导引星星群技术研究(特邀)

激光钠导引星被称为人造恒星,用于探测和校正光波经大气湍流引起的波前畸变,大幅度提高自适应光学望远镜的成像质量。采用单颗钠导引星探测的有效视场范围有限,通过多束黄激光分别激发大气电离层钠原子产生多颗钠导引星,能在较大视场内获得更清晰的目标成像,在精密天文观测、空间目标探测等领域具有重要应用。文中重点介绍了微秒脉冲激光钠导引星星群的产生,基于100 W级微秒脉冲激光,采用小角度精密偏振分光/并束调控的专利技术,在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束20 W/束、重复频率kHz、脉冲宽度百微秒的钠激光发射到天空,在40"观测视场内生成四颗导引星,星群构型可调控,如线形、平行四边形、菱形和正方形等,每颗钠导引星亮度约为V波段8等星,光斑大小约3.25"。利用脉冲同步控制技术,钠导引星回波信号可以避免瑞利散射光的干扰,从而获得更高的空间分辨率。这为大口径天文望远镜多层共轭校正系统的研制提供技术参考。

新型钠信标激光器研究进展

自适应光学技术广泛应用于大型地基光学望远镜,以校正大气扰动造成的波前畸变,使望远镜达到近衍射极限分辨率,实现对观测目标的清晰成像。激光钠导引星作为自适应光学校正的信标源,是自适应光学望远镜的核心技术之一。介绍了589nm光抽运垂直外腔面发射半导体钠导引星激光器和掺Dy3+晶体作为增益介质直接发射589nm激光的固体激光器的最新研究进展。这些方案因其具有体积小、效率高、可靠性高、成本低、易维护等优势,被认为是新一代钠导引星激光器有潜力的发展方向。

高功率陶瓷板条激光器

高功率固体激光在先进制造、能源、信息、医疗及国防等领域有广泛应用。激光陶瓷材料具有掺杂浓度均匀可控、抗激光热损伤能力强、易于制备大尺寸和复合结构等优点,被认为是高功率固体激光的重要增益材料。报道了本课题组近年来在高功率陶瓷板条激光方面的主要研究进展。采用中国科学院上海硅酸盐所制备的大尺寸Nd:YAG陶瓷板条,实现了平均功率4.35 kW的1064 nm脉冲激光输出,脉冲宽度为160μs,重复频率为400 Hz。此外,采用中科院上海硅酸盐所制备的大尺寸Yb:YAG陶瓷板条,实现了平均功率9.8 kW的1030 nm脉冲激光输出,脉冲宽度为560μs,重复频率为160 Hz,光光转换效率为60%。这些研究表明,激光陶瓷材料具备实现高功率、高光束质量与高效率激光的潜力。

基于物联网技术的地质灾害监测预警系统设计

针对地质灾害预警问题,结合物联网技术提出一种实时地质灾害预警系统。为实现该系统,在分析系统整体业务流程的基础上,对系统的整体架构进行设计,并提出通过综合参数法、Logistic回归分析法、主成分分析法等构建地质灾害预测模型。最后,通过测试对上述系统进行验证。结果表明,上述方案可很好的实现对地质灾害预警。

岩土工程中粉煤灰-矿渣地质聚合物对水泥土搅拌桩性能的影响

针对岩土工程中常见的软土地基问题,如何提高软土地基的力学性能,是当前思考和研究的重点。对此,结合地质聚合物的特点,以粉煤灰、矿渣等作为地质聚合物原材料,在一定配比下制备地质聚合物。然后将得到的地质聚合物与黄土混合。最后对地质聚合物和混合地质聚合物的性能进行测试。结果表明,当矿渣和粉煤灰的比例在70:30的情况下,得到的地质聚合物的压缩强度最大。以上述比例的地质聚合物为基础,与黄土按照90:10的比例混合,得到混合后的无侧限压缩强度在碱浓度为2.5mol/L时达到最大,达到5MPa。由此看出,粉煤灰-矿渣地质聚合物可用作搅拌桩材料的基材。

相对运动等离子体平板与电磁波相互作用研究

高超声速飞行器在飞行过程中,由于高温高压的作用,会在飞行器表面形成一层等离子体鞘层,飞行器及其等离子体鞘层相对于地面测控中心做高速相对运动,对目标物电磁回波会带来严重影响.此外,等离子体鞘层的时变特性,也会对目标物雷达回波进行调制,使测控中心难以识别、跟踪目标.本文利用Lorentz-FDTD方法研究了相对运动等离子体鞘层与电磁波之间的相互作用,并分析了等离子体鞘层的相对运动特性和时变特性对电磁波造成的影响,发现运动的时变等离子体除了对电磁波造成多普勒频移外,还会对入射波频谱进行调制.

高效率、高能量、皮秒可见光参量放大器

为了提高皮秒可见光参量产生/放大器(OPG/OPA)的转换效率及输出能量,采用走离补偿结构和镜片膜系特殊设计等方法进行了实验验证。研究了在不同的抽运能量下OPA信号光的光束质量因子M 2的演化过程和信号光在430nm^680nm内的调谐输出性能。结果表明,在6.9mJ的355nm抽运能量下,最高获得了2.7mJ的510nm信号光能量输出,对应的光光转换效率为39.1%,光子转换效率为56.2%;该方法可以有效提高OPG/OPA的输出能量和转换效率。该研究对紫外和深紫外晶体的表征是有帮助的。

金刚石晶体能带计算与光谱分析

金刚石具有高热导率、宽光谱透过范围、大拉曼增益系数和大拉曼频移等优点,已成为拓展波长范围、获得高功率高光束质量新波长的重要拉曼介质。利用第一性原理对金刚石晶格参数、能带结构、态密度、声子谱等进行了计算,系统分析了结构特征、频谱、能带间隙及电子分布特性。在此基础上,考虑了金刚石的电子运动态以及电场方向对金刚石能带间隙的影响,发现金刚石在<100>晶向最易受电场影响,在<111>晶向最稳定。给出了金刚石晶体的全部本征振动模式和相应频率,分析结果表明泵浦光沿着<110>晶向入射、并沿着<111>晶向偏振时拉曼增益最大。同时讨论了光谱区域内多声子吸收机理,为金刚石拉曼激光效率提升以及波长拓展提供了理论依据。

光学元件激光预处理技术研究进展及其应用

光学元件中的杂质和缺陷会引起其激光损伤阈值的大幅降低,现阶段这一问题已成为激光装置向高功率、高能量方向发展的“瓶颈”,亟待解决。在对光学元件激光损伤的研究中发现,用低于光学元件损伤阈值的激光对元件表面进行预处理,可以有效提高光学元件的抗激光损伤能力。对激光预处理技术的提出背景、定性作用机理、定量理论模型及国内外技术应用现状进行了概述。并且介绍了一种可在薄膜制备过程中进行原位实时激光预处理的新型薄膜制备技术。最后指出,激光预处理技术作为一种无污染,可有效改善光学薄膜、光学玻璃、光学晶体元件损伤阈值的最有效方法之一,其作用机理、实用化、仪器化还有待进一步发展。

8μm～14μm长波红外相干辐射技术

8μm^14μm长波红外相干辐射在大气激光遥感与通信、高分辨分子指纹光谱及国家安全等诸多领域具有重要应用价值.概述了几种可获得8μm^14μm相干辐射的光源,主要有CO2气体激光器、半导体量子级联激光器、红外自由电子激光器、红外超连续谱光源和非线性变频中红外固体激光器等.分别介绍了不同技术的基本原理及国内外进展,并分析比较了各自的优缺点、发展方向及应用适用范围.其中,非线性变频中红外固体激光器具有8μm^14μm连续调谐,可飞秒、皮秒、纳秒及连续波运转,重频1Hz^GHz可调的突出优势,且全固化结构、可靠性高、光束质量好,将成为发展实用化与精密化长波红外相干辐射光源的最佳选择.

气孔率对陶瓷激光器性能影响及控制方法

透明激光陶瓷以其特有的优越性能,有望继单晶材料后成为新型高功率固体激光器的工作材料。制备高光学质量、高激光效率,高输出功率的透明陶瓷是目前的研究重点和热点。烧结而成的多晶陶瓷存在一定量的晶界以及气孔缺陷。文章介绍了气孔率与陶瓷激光器性能的关系及控制陶瓷材料气孔率的最新研究进展。研究发现,气孔率对激光陶瓷的散射系数、透过率、激光阈值、激光斜效率等性能影响较大。对陶瓷制备流程加以控制,优化制备工艺可降低激光陶瓷材料气孔率,进而提高激光陶瓷材料光学性能。