二极管抽运铷蒸气激光的物理特性

结合激光微观动力学和热传学,充分考虑到发射激光时的各能级粒子数和热力学分布特性,建立了用于分析二极管抽运铷金属蒸气激光物理特性和增益腔内的温度分布模型,得到了抽运功率和激光输出、光-光转换效率及各物理参数之间的关系,分析了有效提高抽运能量吸收的具体措施,揭示了2P3/2和2P1/2两个精细能级之间的集居数弛豫对半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)物理特性的影响。结果表明:在设计不同用途DPAL时,必须要综合考虑各种因素,以确定相应的最佳结构参数。

考虑抽运光空间分布的半导体抽运碱金属蒸气激光器的模拟计算

为研究半导体激光抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)中抽运光和激光光束匹配对光-光转换效率和斜率效率的影响,在三能级速率方程模型的基础上,用介质内抽运光光强空间分布代替以往简化模型中所用的介质内平均光强,建立了考虑抽运光和激光光强的轴向分布的一维DPAL计算模型和考虑抽运光和激光光强的轴向分布及抽运光在介质中聚焦引起的光强和光斑半径的分布的三维DPAL计算模型。一维模型的计算结果表明,抽运阈值较简化模型结果减小,斜率效率变化不大。三维模型计算结果表明,当抽运光全部在激光的模体积内,斜率效率最大,因此在DPAL实际运转中,优化抽运光的焦参数和激光腔参数,可以提高抽运光的转换效率。

半导体抽运碱金属蒸气激光器研究进展

相比于固体和化学激光器,半导体抽运碱金属蒸气激光器以其极高的量子效率、气体介质易于流动散热、高光束质量、不存在单口径功率限制、安全可靠等优点显示出极大的优势和良好的发展潜力。概述了碱金属激光器的基本原理和最新研究进展,分析了高功率定标放大可能遇到的障碍和解决途径,并预测了未来的发展趋势。

二极管泵浦高能激光研究进展和展望

高能激光广泛应用于材料加工、科学研究、空间碎片清除、军事应用等领域。二极管泵浦高能激光具有结构紧凑,系统简单、全电驱无限弹仓的特点,近年来,各类二极管泵浦高能激光围绕着同时实现高功率、高效率、高光束质量这一总目标发展迅速。详细综述了国内外高平均功率块状固体激光、高功率可见光波段激光、高峰值功率激光、高功率光纤激光、碱金属蒸气激光等二极管泵浦高能激光的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

高功率碱金属激光器的发展和技术挑战

高功率二极管抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)的功率已经达到10 kW量级,具有满足军用激光武器对光光转换效率、质量、体积等高要求的潜力。碱金属蒸气激光器具有可定标放大且保持良好光束质量特性的优点,在过去的十多年中一直是研究热点。首先简介DPAL的原理和研究概况,接着回顾DPAL发展历程,评估DPAL目前取得的重要成果和发展前景,然后分析面临的技术挑战和影响因素,在提出解决方法的同时分析不同方法的优缺点,最后探讨满足实战化要求所面临的单项技术和系统问题的方法。

碱金属蒸气激光器的研究进展

碱金属蒸气激光器具有高量子效率且易于流动散热,显示出良好的发展潜力。概述了光抽运碱金属蒸气激光器的基本原理和国内外的研究进展。对于其在发展中遇到的问题进行了简要分析,并总结了目前所采用的相应解决方案,指出了几种方案所存在的优、缺点。对碱金属蒸气激光器未来可能的研究方向进行了展望。

碱金属激光器蒸气室窗口片的标准具效应研究

实验研究了内表面未镀膜的碱金属蒸气室窗口片的标准具效应对激光输出的影响。研究结果表明:蒸气室两个内表面作为激光输出面时的光斑图样不同,且均伴随有寄生光斑;蒸气室窗口片之间的楔角导致了寄生光斑的产生。将激光器在不同输出耦合率下阈值的实验结果和理论结果进行比较,验证了碱金属蒸气室内表面未镀膜时具有标准具效应,存在多次反射;仅碱金属蒸气室作为输出耦合镜时,标准具效应是输出光斑的主要机制,此时获得了1.8 W的铷激光,其光光效率为10.2%,斜率效率为15.8%。

布儒斯特角结构16.8W半导体抽运铷蒸气激光器

为了获得高效半导体抽运碱金属蒸气激光器,采用布儒斯特角结构的增益池,有效地提高了激光的单程透射率,p偏振的激光单程透射率达到97%。采用长度为1 cm的增益池,其内填充碱金属铷蒸气作为增益介质和压强为79.99 k Pa的甲烷作为缓冲气体。采用中心波长为780 nm,线宽为0.1 nm,功率为48 W连续输出的半导体激光器作为抽运源。为了降低增益池内的热效应,采用斩波器将抽运光转化成脉冲形式输出,脉冲宽度为1.85 ms,重复频率为15 Hz,占空比2.77%。采用12 cm的平凹谐振腔,利用输出耦合率分别为41%、58%、76%的输出镜进行了优化实验。在增益池温度为160℃时,采用输出耦合率为76%的输出镜,获得了峰值功率最高为16.8 W的中心波长为795 nm的铷激光输出,光-光转换效率为35%,斜率效率为44.2%。

激光二极管抽运铯蒸气激光实现高效率瓦级输出

采用中心波长为852.3 nm、线宽为0.17 nm的光纤耦合半导体激光器作为抽运源,室温下充入60 k Pa氦气和20 k Pa乙烷、5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质开展了端面抽运铯蒸气激光实验研究。蒸气池工作温度为107.6℃时,改变输出镜反射率优化铯激光输出性能,获得最佳输出镜反射率为48.79%。连续抽运模式下,注入抽运功率为4.76 W时获得1.16 W的894.57 nm连续激光输出,斜效率为28.8%,光光转换效率达24.4%;脉冲抽运模式下,注入抽运功率为14.1 W时获得了2.5 W稳定铯激光输出。

半导体抽运铷蒸气输出2.8W线偏振铷激光

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是一种具有广阔应用前景的激光器,近年来发展迅速。使用碱金属铷所需要的中心波长为780nm的半导体激光器线阵作抽运源,采用平面衍射光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.13nm,并使用斩波器将半导体激光变为脉冲输出形式。采用透镜组合对窄线宽半导体激光进行光束扭转整形,整形后光斑近似为方形。半导体激光经线宽压窄和光束整形后,被聚焦进铷蒸气泡,泡内充入79kPa甲烷作为缓冲气体。控制铷蒸气泡温度为145℃,注入谐振腔的抽运光峰值功率为最高13W时,获得了峰值功率2.8W的线偏振铷激光输出,光-光转换效率达21%。

^(87)Rb原子干涉绝对重力仪激光系统设计

设计了一套紧凑可靠的87Rb原子干涉重力仪激光系统。该激光系统仅采用两台包含锥形放大器的半导体激光器作为光源,通过简单、巧妙的设置,实现原子干涉仪中所需的9种频率的激光。系统中包含2个电学伺服系统,用于实现激光的频率稳定和一对拉曼光的获得,其他频率激光均在2束拉曼光的基础上通过声光调制器移频实现,满足对各束光的频率和功率的控制要求。整个系统设计紧凑,性能可靠。

美国战区和战略无人机载激光武器

弹道导弹和巡航导弹是高技术战争中的主要威胁,对弹道导弹最有效的防御是助推段拦截。首先总结了美国机载激光计划失败的原因和经验教训,然后评述和分析了无人机载激光武器反导的概念、优势、研究计划和现状,以及存在的问题和面临的挑战。最后,讨论和分析了用于助推段拦截的二极管抽运碱金属激光器和相干合成光纤激光器的原理、特点、最新进展和技术挑战。