基于微通道散热的板条激光放大器热仿真分析

众所周知,热效应是限制大功率高能量激光器发展的一大瓶颈,在高能激光产生的过程中伴随着大量的废热产生,影响高能量激光器的光束质量甚至会影响其正常工作。为了保证高能量激光器的稳定运作并研究其工作物质的散热过程中的热分布状态,本文建立了一种用于高能Zig Zag板条激光放大器的双端入水微通道散热模型,利用CFD模拟仿真软件在额定工况下对微通道与空腔热沉进行散热对比,还研究了模型的可变参量:通道高度、翅片厚度,以及水流量对于散热性能的影响。模拟研究发现本文提出的微通道热沉冷却效果优于全腔水冷效果,微通道热沉将晶体表面最高温差控制在4℃以内,表面温度也降低了32;同时在压降允许范围内优化通道参数能再将冷却效果提升10,实现增益介质分布式高效散热。

高重频大能量亚纳秒板条激光放大器研究

高重频大能量亚纳秒固体激光器具有重复频率高、单脉冲能量大、峰值功率高等特点,在国防军事工业加工等领域具有广泛的应用前景。本文报道了一种基于板条多程放大的亚纳秒激光放大器。种子光为重复频率1 kHz、平均功率4.5 W、脉冲宽度700 ps、波长1064 nm的基模激光,经过光束整形以匹配板条放大器口径,放大级采用角度复用及偏振变换实现四程放大,最终实现了重频1 kHz、单脉冲能量189 mJ、脉冲宽度720 ps、光束质量2倍衍射极限的亚纳秒激光输出。

百瓦级高光束质量Nd:YAG板条激光放大器

研究了一台端面抽运的Nd:YAG板条激光放大器,采用低掺杂、键合的Nd:YAG板条晶体和3通放大结构,实现功率330W,光束质量M2x=1.23,M2y=1.73的激光输出。采用4f像传递系统,有效减小了板条入口的切光损耗,并实现了板条内能量的均匀提取。根据1、3通放大功率计算了相应的增益系数,并简要分析了多通放大结构对放大自发辐射(ASE)的抑制作用。

传导冷却反弹抽运结构的板条激光放大器

报道了一种传导冷却、双侧面反弹抽运的脉冲运转Nd:YAG两级板条激光放大器。在重复频率条件下,通过实验测试其放大输入输出关系曲线、光束质量、热效应等特性,证明此种类型的放大器具有效率高、光束质量好、结构紧凑、热效应低和功率可定标放大等特性。实验对由单频激光振荡器输出的平均功率1.1 W,脉宽11.3 ns,光束质量因子(M2x,M2y)为1.2的激光脉冲序列进行放大,当重复频率为125 Hz时,得到平均功率24.1 W,脉宽8.9 ns,光束质量因子M2x=1.53,M2y=1.27的高光束质量放大激光脉冲序列输出。实验结果表明,此种类型的激光放大器在空间探测应用上具有潜力。

7.13 kW、2倍衍射极限输出的Yb板条激光放大器

计算了Yb∶YAG板条选通角并优化设计了放大链路构型。对比分析了反射式像传递系统优势并计算了像传递系统的球差,结果表明,反射式像传递系统可大幅减小系统球差,有利于提升放大激光光束质量。室温下搭建了基于单个Yb板条的三通主振荡器功率放大系统,通过采用反射式像传递放大链路设计,同时优化泵浦激光与种子激光的近场强度匹配,实现在无主动光学校正系统下,功率7.13 kW、光束质量优于2倍衍射极限的激光输出。

用于空间探测的结构紧凑高功率纳秒激光脉冲光源

报道了基于Nd∶YAG晶体的传导冷却端面泵浦板条放大器结构实现高重复频率、高功率纳秒激光放大输出,系统采用主振荡功率放大结构,整个系统主要包括调Q纳秒激光种子源,小尺寸板条预放大器以及主放大模块。纳秒激光种子源在重复频率为400 Hz的工作条件下,输出激光功率为1.6 W,单脉冲能量为4 mJ,最终获得207 W功率放大激光输出,单脉冲能量超过0.5 J,输出激光脉冲宽度为6.55 ns,激光脉冲峰值功率超过75 MW。