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。

掺铥光纤激光放大器在宽波段吸收光谱技术中的应用

利用掺铥光纤在2μm波段的宽带发射特性和光纤可饱和吸收体的线宽压缩特性,研制了宽带调谐窄线宽掺铥光纤激光放大器,该激光放大器可将窄线宽、宽带可调谐种子光源的功率放大至290 mW,放大后的光源连续运行30 min,均方根稳定性优于1%。利用激光放大器输出的32路激光中的任意一路测试了水分子在2μm波段的宽吸收光谱,并利用测试结果反演得到了该光源在动态扫描过程中的线宽约为0.06 nm。利用该激光放大器分别测试了空气和酒精火焰中温度和水分子摩尔分数。结果表明:常温下,空气和酒精火焰中温度的平均值分别为301.2,1263.3 K,相对偏差分别为1.28%,3.08%,水分子的摩尔分数平均值分别为2.11%,5.58%。利用该光源可有效获取水分子在2μm波段的宽波段激光吸收光谱,利用这些吸收光谱数据能够较为精确的反演出环境温度、水分子摩尔分数等信息,结果验证了该激光光源在燃烧流场2维层析诊断测量应用中的可行性。

拉曼激光放大器特性与影响因子间关系变化的数学模型设计

针对当前数学模型无法描述拉曼激光放大器的特性,设计了拉曼激光放大器特性与影响因子间关系变化的数学模型。首先分析拉曼激光放大器的工作原理,并设定拉曼激光放大器的阈值,然后找到影响拉曼激光放大器特性的影响因子,并采用深度信念网络拟合拉曼激光放大器输出特性与影响因子之间关系,从而建立相应的数学模型,最后分析该模型的性能,结果表明,模型可以准确描述影响因子与拉曼激光放大器特性之间的关系,为设计性能优异的拉曼激光放大器提供了重要支撑,具有重要的实际应用价值。

四程脉冲激光放大器的逆问题

采用逐次逼近迭代法，对任意空间和时间分布波形的激光通过任意增益分布四程脉冲激光放大系统传输的逆问题，即给定输出脉冲和四程放大系统参数，求输入能量密度和脉冲波形，作了详细研究，并给出了四程钕玻璃激光放大器的数值计算结果。

高功率激光放大器片腔洁净度实验研究

在氙灯放电泵浦过程中 ,放大器片腔内材料在高强度氙灯光辐照下 ,存在显著的热解过程 ,产生大量的微米级悬浮粒子。在两种实验条件下对粒子数进行了测量 :一是放大器氙灯泵浦结束之后悬浮粒子的自然消散过程 ;二是氙灯泵浦结束之后利用大气流量的超纯氮气冲洗片腔之后的粒子数测量。研究结果表明 ,正常情况下 ,氙灯泵浦结束后片腔洁净度达到了 1 0～ 50万级气溶胶的水平 (在粒子直径≥ 0 .5μm的水平上 )。

低温重复率Yb:YAG固体激光放大器

Yb:YAG晶体比Nd:YAG晶体更适用于产生和放大具有Hz量级重复频率的高脉冲能量激光。报道了LD泵浦低温工作的Yb:YAG脉冲固体激光放大系统。整个系统由再生种子源、预放大器和主放大器3部分组成。晶体用铟和金箔作为导热层压到金属热沉上,散热方式采用传导冷却,低温环境由液氮冷却热沉来保证。实验结果表明:当晶体温度控制在150 K时,装置得到了3 J@10 ns,10 Hz的1 030 nm脉冲激光能量输出。研究了低温真空环境下介质膜的损伤等因素对泵浦参数的要求,最后分析了进一步提升脉冲能量所需要解决的问题。

LD端面泵浦Nd∶YVO_4激光放大器的理论及实验

设计了激光二极管（LD）连续端面泵浦的Nd∶YVO4主振荡放大器（MOPA）,研究了重复频率10~50 kHz调Q脉冲注入时不同输入功率下放大器的输出情况。建立了基于速率方程理论的端面泵浦激光放大器运转模型,能够很好地描述千赫兹脉冲的放大行为。数值模拟和实验结果表明,随着频率的增加,脉冲放大逐渐逼近稳定态放大行为。结合实验条件,利用该模型得到了放大介质最佳长度随输入的种子光功率的变化关系,发现实验中放大介质最佳长度为8.5 mm。

LD端面泵浦Nd:YLF激光放大器研究

描述了对高功率 LD端面泵浦 Nd:YLF激光放大器的研究。放大器的耦合结构采用微透镜对泵浦光进行准直 ,透镜导管 ( lensduct)对其汇聚 ,耦合效率达 72 .2 %。用该放大器构成的振荡器的斜效率为 35 .9%。该激光放大器的口径为 1 0 mm,在 1 0 5 3nm处具有 2 .6

电子束泵浦准分子激光放大器的双程光路自动准直

提出了一种电子束泵浦准分子激光放大器的双程光路准直方法,以保证光束在放大器中按照预定方向传输,并使多路光束稳定精确地照射靶面。首先,鉴于准分子放大器中无天然准直基准提出了利用双叉丝像传递光路进行准直的方法,即把输入光束叉丝基准作为"近场点",把输出光束叉丝基准作为"远场点",并设计了放大器准直光路,编写了相应的软件。然后,在现有实验室条件下开展了电子束泵浦准分子激光放大器双程光路的自动准直实验。最后,分析了影响该方法的相关因素及准直精度。实验及分析表明,设计的准直系统在较短时间内实现了预定传输光路的自动准直,系统自身精度为0.63μrad,光束最大复位误差为13.75μm,满足了电子束泵浦准分子激光放大器双程光路自动准直的要求。

高功率固体激光放大器中增益均匀化研究

针对高功率固体激光放大器中增益分布不均匀的现象,为获得较为均匀的增益分布,提出了分布式泵浦的方法。相对于均匀泵浦,分布式泵浦就是通过设计使得泵浦场具有一定的分布。在总体泵浦功率相同的情况下,分别对均匀泵浦和一定分布的分布式泵浦条件下产生的增益分布进行了模拟计算。结果表明,与均匀泵浦相比,使用分布式泵浦方法获得了较为均匀的增益分布。因此,在高功率固体激光放大器中使用分布式泵浦方法可以提高增益分布的均匀性。

增益饱和半导体激光放大器中的自相位调制效应

本文分析了半导体激光放大器处于增益饱和状态下的自相位调制（SPM）效应,以及SPM效应对传输脉冲波形、相位及频谱的影响。指出了利用这种效应可以补偿传输光纤色散。但是,必须仔细选择传输系统的配置和放大器结构参数,以获得最佳色散补偿效果。

用于惯性约束核聚变激光驱动器的激光二极管抽运Nd,Y:CaF_2激光放大器的实验研究

对Nd,Y:CaF_2晶体作为激光放大器的增益介质进行了报道.研制了一台采用激光二极管面阵五向水平侧面抽运Ф5 mm×70 mm Nd,Y:CaF_2的激光放大器,对其进行了实验研究.测量了Nd,Y:CaF_2晶体的吸收谱、发射谱、以及放大器的荧光分布.在相同的抽运功率下,测量了Nd,Y:CaF_2与Nd:Glass放大器分别工作在10 Hz和1 Hz重复频率时的小信号增益,在抽运功率为9.63 kW时,Nd,Y:CaF_2放大器的小信号增益达6.12,为Nd:Glass的1.5倍.与Nd:Glass相比,Nd,Y:CaF_2晶体的重复工作频率不仅大大提高,而且增益性能也更强.测量了种子光和经Nd,Y:CaF_2放大器后的光谱,能量放大前后光谱几乎无变化.

Nd∶YAG单程激光放大器的设计方法

高平均功率Q开关固体激光器具有较多的应用需求 ,Nd∶YAG激光器只有采用振荡 放大结构才能获得Q开关高平均功率激光输出。对单程Nd∶YAG激光放大器进行了理论分析 。

二极管近帖泵浦Nd∶YVO_4激光放大器研究

报道了用激光二极管近贴泵浦两表面镀膜的Nd∶YVO4 晶片作为激光放大器的一种简单设计。用该结构分别对被动调Q脉冲激光和单频连续激光进行了行波放大实验 。

掺钛蓝宝石激光放大器中放大自发辐射效应研究

给出了描述掺钛蓝宝石激光放大器的速率方程组,通过对放大介质内反转粒子数密度和放大自发辐射的时间和空间特性的数值计算与分析,提出可通过控制泵浦光脉冲和信号光之间的时间延迟来有效地抑制放大自发辐射对放大器增益的影响。

1550nm单频脉冲光纤激光放大器实验研究

为了满足相干探测技术对激光光源的需求,采用主振功率放大技术,对全光纤、高重复频率、1550nm单频脉冲光纤激光器进行了研究。得到了脉冲宽度400ns、重复频率10kHz、单脉冲能量14μJ、平均功率148mW的单模光纤激光脉冲输出。实验中还发现了光纤中过高的功率密度所引起的受激布里渊散射(SBS)将导致激光脉冲波形的变形。提出了抑制SBS效应、提高输出功率的方法。结果表明,单频脉冲放大过程中,SBS效应是阻碍功率提高的主要因素,必须抑制SBS效应才能提高输出功率。

一种半导体激光放大器输出耦合方式的研究

本文从理论上对一种半导体激光放大器的输出耦合结构进行了分析。我们引入了厚透镜表面的Fresnel反射,厚透镜球差和有限孔径的影响以使计算结果更接近于实际情况,在此基础上得出的结论与实验数据基本吻合。理论和实验结果表明,在合理选择相关结构参数的前提下,这种输出耦合结构的耦合效率可达50％左右。

水冷10Hz Yb:YAG激光放大器热管理（英文）

为了控制重频放大器的热致波前畸变,设计并加工了均匀冷却的背面水冷激活镜激光放大器,对放大器的热畸变特性开展了实验研究,实验发现在泵浦功率密度较高即重复频率达到10 Hz,平均功率密度达到200 W/cm2时,放大器的热畸变既影响远场分布又对近场产生显著的调制。近场的调制会给放大器带来较大的损伤风险。为了消除热畸变对近场的调制,首先对泵浦强度分布进行了匀化,然后对介质进行了边缘热平衡控制,消除了热畸变引起的近场调制。通过对上述因素的控制,采用水冷激活镜构型的四程放大器实现了在10 Hz频率下良好运行。在没有进行主动补偿的情况下,实现了远场焦斑优于5倍衍射极限的输出。

钛宝石激光放大器的研究

钛宝石激光放大器的研究侯洵，阮双琛，王水才，杨建军，杜戈果，丰善，华长发（中国科学院西安光学精密机械研究所７１００６８）我们采用上海光机所生长的（５．２×５．５×１０）ｍｍ的钛宝石激光晶体，成功地获得了钛宝石激光脉冲的放大输出。激光放大器的泵浦源是调...

高功率激光放大器中的光传输理论

总结了对高功率激光在放大器中传输研究工作的某些新进展。从ＦＮ方程出发，使用序列脉冲模型以及薄片损耗和增益模型，对高功率激光通过单程和多程放大器问题作了详细研究，这特别适用于损耗较大情况，并可进一步推广，借助于逐次逼近迭代法处理放大器的逆问题。