高平均功率电能激光器研究进展

高平均功率电能激光器在工业加工和定向能量传输、国防军事、激光钻油井等领域具有重要的应用前景,而且有效率高、结构紧凑灵活、热管理方便、后勤保障容易等优点。广泛关注了近几年来国外高平均功率电能激光器的研究进展,包括固体激光器、光纤激光器、液体激光器、自由电子激光器、碱金属蒸汽激光器、二氧化碳激光器及基于固体和光纤、半导体激光器的相干合成、非相干合成、光谱合成。在介绍了各种激光器工作原理和关键技术的基础上,详细分析了高平均功率电能激光器面临的技术挑战及未来的发展趋势。

高平均功率面阵二极管激光器散热分析

采用三维有限元法分析了面阵二极管激光器背冷式封装结构的散热效率 ,对次热沉厚度 ,冷却器结构参数进行了优化设计 ,计算结果表明 ,优化设计后的封装结构 ,可满足面功率密度为5 0 0 W/cm2 ,占空比为 2 0

高平均功率开关实验平台的研制

为了开展高功率重复频率气体开关研究 ,研制了一个高平均功率开关实验平台 ,并介绍了实验平台各关键部分的设计要点。其工作参数为 :平均功率 10 0 k W,输出电压10 0 k V ,重复频率 0～ 10 Hz,主放电回路峰值电流 85 k A,电荷传递量 0 .6 C/脉冲。充电电源的设计中采用了大功率恒流充电技术 ,具有充电效率高、控制灵活的优点 ;非均匀脉冲形成网络的设计 。

用于高平均功率FEL的DC-SC光阴极注入器

为获得用于高平均功率自由电子激光 (FEL)的高平均流强电子束 ,设计了一种新型的 DC- SC光阴极注入器 ,并对其进行了优化设计和束流动力学研究。该注入器由皮尔斯直流引出结构、1+1/ 2超导腔和同轴功率耦合系统组成 ,可以提供高品质、CW模式或高占空比的电子束。模拟和优化结果表明 DC- SC光阴极注入器完全可以用于高平均功率自由电子激光。

高平均功率电光开关晶体热畸变分析

深入分析了方板构型的电光开关晶体在高功率载荷条件下的热畸变行为,讨论了光强分布对热效应的影响。以KDP晶体为例,分别计算了激光束光强为高斯分布和均匀分布时晶体的温升、相应的热应力分布、波前畸变以及热退偏。结果表明,光强的分布形式对波前畸变和热退偏的影响是不同的。相对于光强均匀分布的激光束,高斯光束减缓了光斑边沿处的温度梯度,产生的热应力较小,因此可以减弱热退偏效应;另一方面,在光束口径范围内,高斯光束产生了附加的温度分布非均匀性,因而波前畸变会大一些。

高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器物理设计

讨论了高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器的物理设计,在确定了波荡器周期、周期数、峰值磁场强度范围和调制参数范围等总体参数后,选用混合型Halbach结构为波荡器的基本结构,永磁块长宽高为8cm×1.3cm×6cm,磁极长宽高为5cm×0.6cm×4.8cm。波荡器工作在变间隙模式下,间隙为1.81～3.05cm时,波荡器峰值磁场为0.529～0.184T,好场区为3.02～2.13cm。同时,考虑到波荡器磁场误差对自由电子激光的影响,提出了波荡器各参数误差,并对波荡器端部设计进行了重点讨论。

高平均功率开关晶体热力学特性有限元分析

基于有限元数值方法,就不同的光强分布模型以及电光晶体固定或自由的边界条件,模拟分析了KDP,DKDP,LiNbO3,BBO开关晶体材料在高平均功率激光负载下的热力学特性。结果表明:激光作用数s后,温升分布基本与光强分布一致;晶体表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;晶体的力学边界约束对最大轴向位移及最大拉热应力的影响随着光斑填充因子的增大而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,KDP上的温升最大,热畸变最严重,DKDP次之,而LiNbO3和BBO具有较低的温升值或较低的热形变和热应力。

一种新型S波段高平均功率宽带速调管

该文介绍了一种新型S波段高平均功率宽带速调管的主要设计思想、模拟计算结果和实验结果。文中提出了具有理想高频通过率的高平均功率宽带速调管电子光学系统的验证方法,以及联合使用2.5D Arsenal-MSN code和KLY6两种软件去除带内功率凹点和改善高频性能的方法。最终的实验测试结果表明,这些方法是有效的。

高亮度高平均功率固体激光器技术评述

综述了国外不同类型的高平均功率盘片激光器技术现状,分析和评述了各种途径的技术优势、技术限制、发展潜力及应用前景。最后介绍了应用电子学研究所高平均功率片状及固体热容激光器研究的最新进展。

S波段宽带高平均功率速调管群聚段的研制

介绍一种S波段、200MHz带宽、22kW以上高平均功率速调管群聚段的研制过程。热测结果和2.5维Arsenal软件都验证了最初设计时带内存在凹点。在整管长度和腔体间隙渡越角不变的前提下,将二、三腔设计为对腔,有效地消除了带内凹点,证明对腔是消除凹点的有效方法之一。采用一维大信号软件研究各腔参数对输出功率的影响,有效地提高了高端频点的功率和整个带内功率,计算结果和热测结果的变化趋势基本一致。

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1MW、平均输出功率大于22kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。

对高平均功率DPL的几点认识

高平均功率二极管泵浦激光(DPL)的发展历程充满了技术创新,解决热管理问题的不同思路导致了各种不同的具体技术路线,其中包含着空间域、时间域和材料学的创新,甚至超越了全固态激光的范畴。指出了高平均功率DPL有广阔的应用前景,军民两用,类型多样。影响高平均功率DPL应用的制约因素主要是能源、有效热控等问题。

高平均功率铁氧体器件的发展及其应用

叙述了几种高功率铁氧体器件在微波能上的新应用。

S波段10%带宽高平均功率多注速调管的研制进展

本文报道了中国科学院电子学研究所在S波段宽频带高功率多注速调管方面的研究进展。该多注速调管峰值功率500 kW,平均功率30 kW,瞬时相对带宽为10%,是电子所目前宽带多注速调管中平均功率最大的一种管型。最大的挑战为实现宽频带的同时在高平均功率工作状态下保障强流电子注的聚焦和传输,减少高频状态下的电子注截获。目前研制出了两只样管,采用基模工作模式,24个电子注,注电压为29 kV,注电流50 A。经过测试,在10%的相对带宽内,效率大于40%,输出增益大于37.5 dB,本文将介绍相关的仿真结果和热测结果。

S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制

介绍一种新型超宽带(相对带宽≥17%)S波段大功率多注速调管的研制过程及研制成果,该速调管首次在S波段实现了17%的相对带宽,带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施,提高电子注流通率及注波互作用效率,降低高频部分的散热压力,使该速调管仅在120 kW的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW的平均功率。同时,通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了3 ms脉宽的稳定工作及连续24 h稳定工作不打火。为实现3 min内满功率输出及2000 h的寿命,对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。本项目在能够实现指标的前提下,进行了小批量的生产及车载环境的环境试验,并针对可能产生的不可靠性因素,进行了改进,使产品真正能实现工程化应用,为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。

高平均功率Nd：YAG激光器

本文分析了Ｎｄ：ＹＡＧ激光器的功率限制因素，讨论了高功率Ｎｄ：ＹＡＧ激光器的设计和激光输出特性，指出了高功率Ｎｄ：ＹＡＧ激光器的发展对激光晶体生长和加工的新要求。

高平均功率固态激光器的实验研究

高平均功率固态激光器在先进制造业和激光武器等领域有重要应用。本文从激光工作物质激活离子的选择、基质的不同对激光器性能的影响等方面来进行研究,得到Yb:LuAG晶体是一种应用于高平均功率激光器中更具潜力的增益介质的结论。通过该研究,学生在掌握了激光器相关知识的基础上,培养了科研能力和创新思维。

S波段高平均功率速调管输出腔的热分析

以S波段、输出平均功率50kW速调管输出腔为例,通过CST软件计算输出腔表面电阻引起的功率损耗和漂移头截获的电子注功率;利用ANSYA软件,模拟了输出腔表面的温度分布。通过改进冷却水路设计,相对有效地保证工程设计的可行性。

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。

高重复频率高平均功率用钕玻璃研制取得重要进展

2010年7月，中科院上海光学精密机械研究所胡丽丽课题组进行的高重复频率、高平均功率用钕玻璃研究取得了重要进展。其耐热冲击性能相对于N21，N31型激光钕玻璃可提高到4倍以上，性能指标均达到国际3种同类产品APG—I，HAP—4，Qx—Nd的相应水平。