LD泵浦8.7kW固体热容激光器实验研究

设计了高功率固体热容激光器实验装置。采用二极管阵列泵浦Nd:GGG晶体腔内串联的方式,对激光器的输出特性进行了实验研究,得到输出平均功率8.7 kW,光光效率20%。获得了增益介质内的荧光分布,利用干涉测量法测量干涉条纹表征增益介质受热后折射率变化造成的畸变。

角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。

双色膜V形有源镜结构的固体热容激光器输出特性

为了避免片状布儒斯特角结构热容激光器由热退偏造成的腔内高动态损耗,采用双色膜技术研制了V形有源镜结构固体热容激光器。该激光器采用曲率半径为5 m的平凹稳定腔结构,共8片Nd:YAG介质,每片介质表面采用双色膜层设计,每2片构成一个模块,由3支氙灯提供能量,激光器由4个模块构成。在双色膜层上,泵浦光透过率大于95%,对1064 nm光波反射率大于99.7%。在1 ms脉宽重复频率运转条件下,激光输出随时间下降并渐趋平稳;在5 ms脉宽运转时,单脉冲输出47 J,输出峰值功率达9.4 kW,与计算得到的10.11 kW的峰值输出基本相符。该振荡器的总体电光效率达到了1.2%,通过进一步优化后,具备向更高功率定标放大的潜力。

氙灯泵浦kW级固体热容激光器电源系统

kW级固体热容激光器的电源系统由大功率高压恒流充电单元、储能单元、放电控制单元、脉冲氙灯与预燃单元、总控与测量单元等部分组成。实际应用表明,该系统已达到了单脉冲输出能量7.5 kJ,重复工作频率10 Hz的设计指标,并具有平均功率高、效率高、可靠性好等特点。

美研制出67kW固体热容激光器

利弗莫尔实验室在美国能源部的支持下继续从事固体热容激光器的研究,在2006年取得了突破性进展,输出能量达到67kW,光束质量优于2倍衍射极限,并已开始着手研制100kW级移动演示系统。

Nd:GGG激光晶体在高能固体热容激光器系统技术中的应用

介绍了固体热容激光器的发展现状和未来 ,详细分析了作为固体热容激光器的激光工作物质 -掺钕钆镓石榴石 (Nd :GGG)的结晶学性能、物理光学性能。提出了Nd :GGG晶体将在未来LD泵浦高功率激光器中获得广泛应用。

氙灯抽运片状固体热容激光器研究进展

介绍了氙灯抽运的片状固体热容激光器的研究进展。基于大口径片状介质,设计了布鲁斯特角和V形有源镜两种构形激光器,实验研究了两种激光器的静态损耗和增益能力,并对两种构形激光器输出能力进行了测量,获得了最大单脉冲能量达47 J,输出平均功率近1 kW的实验结果。探讨了片状构形向更高平均功率发展的技术途径,并通过实验验证了纵向定标放大的可行性。得出了V形有源镜构形激光器更适合向高平均功率发展的结论。

固体热容激光器与热稳态固体激光器温度场和应力场的比较研究

建立了3维温度场及应力场模型,并采用有限元分析方法对Nd:YAG作为激活介质的固体热容激光器与热稳态固体激光器进行了对比研究。激光二极管阵列距离晶体3.5 mm,阵列功率2×4.2 kW,bar间隔0.4 mm,每bar发光面积为1μm×5 mm,频率100 Hz,脉宽100μs,Nd:YAG晶体初始温度20℃,冷却水温20℃。计算结果表明:热容模式激光介质的表面温度高于中心温度,稳态模式刚好相反,稳态模式温差极值(19.8℃)是热容模式(6.4℃)的3.1倍,温度梯度极值(11.9℃/mm)是热容模式(2.46℃/mm)的4.8倍,热流密度极值(0.136 W/mm2)是热容模式(0.021 W/mm2)的6.4倍;稳态模式激光介质的表面出现张应力,中心出现压应力,热容模式则刚好相反,稳态模式压应力极值(18.27 MPa)是热容模式(12.1 MPa)的1.5倍,张应力极值(38.39 MPa)是热容模式(10.3 MPa)的3.9倍。由于晶体可以承受的压应力的破坏阈值远高于张应力,所以热容模式的固体激光器比稳态模式的固体激光器可以工作在更高的泵浦功率水平上。

固体热容激光器热管理系统中线性阀体的设计

提出了一种新型的、可用于固体热容激光器热管理系统中的线性可控流量阀体的设计方案。通过建立数学模型和用Matlab软件仿真,得出了设计方案。并根据具体的实例,通过理论计算设计出线性工作区间占总的工作区间的80.82%,最大过流面积占外筒圆孔的总面积90.95%的线性可控流量阀体,证明了方案的可行性。

固体热容激光器温度场应力场分析

采用有限元分析方法,对N d:YAG作为激活介质的固体热容激光器的温度场及应力场进行了研究。结果表明固体热容激光器的温度场、应力场与常规的固体激光器有很大的差异,常规的固体激光器激活介质必须在泵浦的同时进行冷却,晶体表面温度比中心温度低,晶体表面受到的是张应力。固体热容激光器发射激光时,激活介质处于绝热状态。激活介质表面的温度要比中心高,激活介质表面出现的是压应力。这种差异是固体热容激光器可以高功率运转的物理机制。

二极管抽运固体激光器迈向100kW

美国各军种已联合演示验证了平均输出功率超过25kW的固体激光器,并将在2008年研制出用于战术战场的100kW激光器。概述了25kW和100kW SSL的技术指标,评论和分析了Nd∶YAG、SSHCL以及Yb∶YAG激光器的技术特点与结构,讨论了SSHCL和Yb∶YAG激光器存在的问题以及研制100kW Nd∶YAG激光器面临的挑战。然后介绍了100kW级高能激光技术演示器计划,最后给出了几点看法。

下一代固体激光器：陶瓷激光器

在未来的许多应用中,陶瓷激光增益介质将代替单晶介质,这被认为是固体激光器的一次真正的革命。文中评述了陶瓷增益介质的发展及其优点,介绍了美国空军和陆军研究实验室对陶瓷介质特性进行的较为系统的研究。最后评论和分析了目前美国正在研制的两种具有高束质的大功率陶瓷激光器及其关键技术。

高能固体激光器现状及发展趋势

高能激光器在国防建设中发挥着重要作用.在综合调研的基础上,综述了国内外高能固体激光器的发展现状;就高能固体激光器与氧碘化学激光器的性能进行了比较;在此基础上,对高能固体激光器的应用前景进行了分析讨论.

自适应谐振腔固体热容激光器技术

固体热容激光器技术是当前高平均功率激光领域一个研究热点。通过采用激光发射和增益介质冷却相分离的方式，降低了工作中增益介质的温度分布梯度，在同样的材料断裂极限内，提高了泵浦密度及同体积激光装置的输出能力，使得小体积的高能激光器成为可能。然而，热容运行独特的脉冲串工作机制，则给工作过程中光束质量的控制带来了困难。美国利弗莫尔实验室的实验结果表明，在未采用特别的光束控制方式，而仅依靠非稳腔技术的情形下，在输出第3个脉冲时，在几米的范围内已经不能测到有效的光束能量。

固体热容激光工作物质瞬态温度和热应力分布

文章利用有限差分法,对激光二极管阵列泵浦的热容激光器片状Nd∶YAG和Nd∶GGG晶体进行了非稳态热传导下温度分布数值计算与对比分析;并计算了Nd∶YAG晶体热应力分布,对热容激光器的实验工作有一定的参考价值。

新型激光器研究现状及其应用

激光技术在军事和民用领域有着广泛的应用。在对国内外激光技术领域文献综合调研的基础上，讨论了固体热容激光器、陶瓷激光器、随机激光器等新型激光器的研究现状，并就新型激光器的优点与传统激光器进行了比较，展望了新型激光技术的广阔应用前景。

千瓦级高平均功率激光器研究进展

固体热容激光器是针对固体激光器在高平均功率状态工作时，无法快速解决晶体中由废热导致的增益介质应力破坏问题而提出的一种解决办法。其优势主要在于短的脉冲群时间和高的脉冲群能量。对于氙灯泵浦的片状热容激光器来说，激光发射的重复频率是其发展的一个瓶颈，因此高的单脉冲能量和脉冲群能量是一个新的发展方向，而且更加注重的是脉冲群能量。

掺钕无机液体激光器的初步研究

为解决固体激光器在高平均功率下的热管理问题，LLNL提出可移动式片状固体热容激光器（SSHCL），这就启发我们：假如激光介质是流体的话，就可以很容易地将激光冷却分离，激光器在工作的同时还可以“离线”冷却，可以不问歇地输出激光。LLNL最近的研究结果表明：用较便宜的含有稀土元素的液体代替SSHCL中的固体介质，可以降低整个系统的重量、体积、成本及技术复杂性，而且使得热管理变得容易。相对于固体基质，无机惰性液体基质有诸多优点，对于高平均功率和高峰值功率的应用需求，用液体介质代替固体介质，不失为一个极具吸引力的解决方案。

固体热容激光器的设计和功率标定

固体热容激光器(SSHCL)作为下一代最佳候选高功率激光器,引起人们广泛关注。介绍了固体热容激光器工作原理、光抽运期间介质板内荧光分布和温度分布、介质板冷却以及功率标定。详细讨论了激光介质温度对激光输出功率的影响,对有关设计要点也作了相关分析。