可应用于光纤激光器的高稳定度泵浦源系统研制

为了提升光纤激光器的输出性能,研制了一个高稳定度泵浦源系统,包括激光泵浦模块和外围控制系统。泵浦源系统测试结果表明,输出光功率与驱动电流之间具有良好的线性关系,输出光功率的短期稳定度为0.0613%,长期稳定度为0.1080%,而且输出光谱的中心波长在长时间持续运行中稳定不变。将该泵浦源系统应用于光纤激光器,经过连续测试,输出光谱的中心波长仅发生4 pm的偏移。

大功率空间激光载荷短时散热系统实验研究

大功率激光载荷在空间应用时具有瞬时热流密度高、工作时间短、间歇性工作的特点。为确保其高性能的工作,需要高效地解决激光载荷的热量获取、传递及排散问题。但受限于航天器有限的散热面面积,其散热能力往往难以满足大功率激光器的瞬时散热需求,而相变储热作为一种利用相变潜热的高效储热方式,可以解决航天器热控系统在供给侧和需求侧时空不匹配的问题。机械泵驱两相流体回路(Mechanically Pumped Two-phase Loop,MPTL)具有高效的传热效率和很强的传热能力,是解决大功率热量获取和传递的先进技术。文章针对大功率空间激光载荷的散热需求,将相变储热和两相传热技术相结合,提出基于固液相变储热和气液相变传热的短时大功率散热方案,完成了散热系统研制及性能测试。实验结果表明,散热系统能够很好的满足大功率激光载荷的散热需求,实现了12kW大功率载荷短时间稳定运行,具有很好的工程应用前景。

LD阵列双端泵浦Tm:YLF激光器

对LD阵列双端泵浦Tm:YLF激光器开展研究。由于Tm:YLF晶体具有严重的热效应问题,为了实现在高功率泵浦下激光器稳定的输出,首先利用COMSOL对板条晶体进行热分布模拟分析,为实验提供必要的前提。实验中为了获得更高的激光输出功率,分别对不同透过率、不同输出镜曲率下的激光输出特性进行对比研究,最终在输出镜曲率半径为200 mm,透过率为40%,双端泵浦最大输入功率和为317.1 W时,获得了稳定连续激光输出。激光功率为52.5 W,斜效率为21.5%,本文结果为Tm:YLF激光器在高功率泵浦条件下获得高功率输出提供参考。

高能量光泵浦下板状复合介质的热特性

为降低高能量光泵浦下板状激光放大介质内的热效应,提出了复合介质的方案。利用有限元方法,计算并比较了侧面存在强迫对流换热条件下,单一介质与复合介质内的温度分布和热应力分布。分析了复合介质尺寸对介质内最高温度及最大热应力的影响,给出了复合介质的最佳尺寸。

高功率980nm垂直外腔面发射激光器(VECSEL)的理论研究

利用周期谐振增益结构设计了以InGaAs/GaAsP/AlGaAs为有源区的980nm二极管泵浦垂直外腔面发射半导体激光器。根据理论模型计算了纵模限制因子、阈值增益、光增益、输出功率等特征参数,优化了激光器特征参数并设计了OPS VECSEL结构。理论计算表明,LD泵浦的垂直外腔面发射激光器的输出功率可大于1.0W。

国产光纤实现直接抽运全光纤化3000W级激光输出

基于国产光纤构建了直接抽运全光纤化主控振荡器功率放大器结构光纤激光器,放大级分别采用武汉烽火锐光科技有限公司和中国电子科技集团公司第四十六研究所提供的国产20/400μm掺镱双包层光纤作为增益光纤,通过全国产化放大级实现了3050和3092 W的1080 nm激光输出.放大级提取效率分别为67.3%和68.2%,光-光效率分别为63.0%和63.9%.据可查询资料,这是公开报道的直接抽运全光纤激光输出的最高水平,同时由于采用了国产光纤作为放大级增益光纤,表明国产光纤具备了3 k W级光纤激光器输出能力.通过国产光纤横截端面以及光纤熔接显微镜图像实验分析知,光纤制造工艺的不足是导致国产光纤激光器效率低的主要原因.继续改进光纤工艺,提升抽运功率,优化光纤长度,有望实现更高功率的全国产化光纤激光器输出.

高功率全固态激光器抽运耦合技术进展

综述了目前获得高功率激光输出的板条、薄片激光器以及运行于热容模式固体激光器抽运耦合方式的进展,分析了这几种固体激光器的抽运耦合技术路径,比较了各类抽运耦合方式在克服热效应方面的优缺点,展望了固体激光器抽运耦合技术的发展趋势。

高功率光纤激光器研究

在讨论高功率光纤激光器工作原理的基础上,分析了高功率光纤激光器的关键技术及其实现方法,概括性评述了高功率光纤激光器研究的最新进展。指出高功率光纤激光器的关键技术主要是包层泵浦技术、光纤融和技术以及谐振腔制备技术;研制矩形或梅花形等内包层结构的双包层增益光纤,采用并行侧向泵浦技术,制备复合型的光纤光栅谐振腔是解决上述关键技术的有效手段。另外,发展新结构的高功率光纤激光器是进一步提高光纤激光器输出功率,改善其性能的必然趋势。

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

从光纤热传导方程出发,研究了不同泵浦光吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响。结果表明,低吸收系数光纤泵浦端温度相对较低,分布较为平缓,有效减缓光纤的热损伤。根据理论分析结果,实验中选择了吸收系数为1.45 dB/m的掺Yb3+双包层光子晶体光纤作为增益介质,在泵浦光功率为560 W时,获得了428.5 W的高功率单模连续输出,斜率效率为76.5%,光束质量因子M2<1.2。由于泵浦端光纤温度较高,实验中对光纤两端进行了主动冷却,并且在离光纤端面约25 cm处的光纤表面温度进行实时测量,结果发现随着泵浦光功率的增加,光纤表面温度均匀增长,最高温度为310 K,温度正常。

外腔锁相二极管激光列阵的超模

利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程。在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下,解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值。求出了各阶超模的近场分布,并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布,具体为:当列阵运行于基超模时,近场各个单元间的光场同相,在远场中心位置出现光强主极大;而在其它高阶模式,近场各个单元间光场不同相,远场光强主极大出现在中心位置两侧;远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制。

高功率半导体激光泵浦碱金属蒸汽激光器的理论模拟

半导体泵浦碱金属蒸汽激光器(DPALs)作为一种新型激光器,综合了半导体激光泵浦技术和碱金属蒸汽工作物质的优点,有望实现高功率、高效率、高光束质量的连续激光输出。通过基于速率方程理论构建的理论模型,对超高功率半导体激光器的运行状况进行了计算机模拟。理论模拟表明,从半导体泵浦碱金属蒸汽激光器获得连续输出百千瓦级激光输出是可行的,并且可以保证很高的斜率效率和很好的光束质量。该种超高功率激光器可以满足航空航天等领域中对超大功率近红外激光光源的需求。

国产光纤实现同带抽运3000W激光输出

同带抽运是目前实现高功率光纤激光器的有效手段.本文基于同带抽运方式,以国产25/250μm掺镱双包层光纤为增益光纤,构建了全光纤化的主控振荡器功率放大器.实验中采用的国产光纤是中国电子科技集团公司第四十六研究所采用化学气相沉积结合气相-液相复合掺杂工艺制备的,其Yb^(3+)离子的分布更均匀,吸收截面更大,吸收系数更高.实验中,在种子光功率为67.8 W、抽运总功率为3511 W的条件下,实现了3079 W的激光输出,斜效率为85.9%,光束质量M^2约为2.14,3dB带宽为1.4nm,这是目前基于国产光纤同带抽运方式实现的最高功率.理论和实验结果表明国产光纤制备技术不断成熟,已经具备承受高功率输出的能力.继续提高抽运功率,优化增益光纤长度,改良散热方式,国产光纤有望实现更高功率的激光输出.

高功率掺镱双包层光纤激光器

简要地概述高功率双包层掺镱光纤激光器的基本原理和关键技术,介绍其在工业、通信、医疗等领域的应用,并对国内外的近期进展作了综述。

大功率二极管泵浦固体激光器的应用和发展

从二极管泵浦固体激光器 ( DPSSL)的优势出发 ,指出了 DPSSL向大功率方向发展并在某些领域取代其他类型激光器的趋势 ;概括介绍了大功率 DPSSL的诸多应用领域和广阔的市场前景 ;并深入分析了实现大功率 DPSSL 输出的几种成功方案 ;指出了国内及早进行大功率 DPSSL研究的紧迫性。

二极管泵浦Nd:YAG薄片激光器技术研究

固体激光器向高平均功率发展的最大障碍是激光介质的热效应。采用薄片激光介质可以实现热流近一维分布,因而是解决固体激光器热效应的有效手段之一,但许多因素都会影响薄片的一维热分布。对薄片热分布的主要影响因素进行的计算分析表明,在均匀泵浦条件下,泵浦区径向温度的均匀性不仅和泵浦区面积与薄片厚度之比有关,而且和冷却区与泵浦区的相关尺寸有关。采用均匀耦合技术并合理设计薄片的散热冷却结构以实现热流近一维分布,用平均功率336 W的激光二极管阵列泵浦一块Nd:YAG薄片,获得了平均功率超过120 W的准连续激光输出。

10kW级单纤泵浦耦合器件设计与实验研究

针对制约单纤系统向更高功率输出面临的泵浦光源亮度受限和有源光纤泵浦注入区域温度控制受限的问题,提出一种新型的端面泵浦耦合器件。通过扩大信号光纤的包层直径,有效提升了可注入光纤系统的泵浦功率,同时有效降低了有源光纤端面泵浦注入区域的温度。在实验中获得了9.95k W的泵浦激光注入,并在单纤系统中实现了6 k W的输出。该器件具备10 k W以上的泵浦耦合能力,具备应用于万瓦级单纤系统的潜力。

高功率半导体激光泵浦源研究进展

高功率半导体激光器是固体激光器和光纤激光器的主要泵浦源。激光泵浦源性能的大幅提升直接促进了固体激光器、光纤激光器等激光器的发展。主要介绍了8xx nm和9xx nm系列半导体激光泵浦源的最新研究进展,8xx nm单管输出功率已达18.8 W@95μm,巴条输出功率已达1.8 kW(QCW),9xx nm单管输出功率已达35 W@100μm,巴条输出功率已达1.98 kW(QCW)。谱宽<1 nm的窄谱宽半导体激光器输出功率可达14 W。展望了未来半导体激光器泵浦源的发展趋势。

泵浦用大功率半导体激光器研制与应用发展状况

详尽地介绍了当前可以使用半导体泵浦的固体激光器泵浦要求 ,相应的半导体泵浦源的发展状况 ,存在的问题 ,最后介绍了列阵和耦合两种提高半导体泵浦源功率 ,改善其光束质量的方法。

109.5W输出1.94μm波长Tm:YAP固体激光器

报道了一种高功率Tm:YAP激光器实验装置,采用b轴切割的YAP/Tm:YAP/YAP复合晶体作为激光增益介质,使用中心波长为795 nm的LD模块进行双端泵浦,当增益介质冷却温度为20℃,LD总泵浦功率为301.4 W时,获得了最高109.5 W的1.94μm波长线偏振激光输出,光-光转换效率约为36.3%,斜率效率约为45.8%,在此输出功率条件下测得光束质量M^2因子为3.8。

大功率半导体激光器模块散热结构的数值优化

考虑大功率半导体激光bar外延结构中GaAs衬底热阻导致p、n面散热的非对称性,利用商用有限元软件Ansys对目前常用的DPSSL侧泵浦源亚封装子模块的散热性能进行了分析和结构优化,并根据优化结构实际制备出3 bar激光线阵泵浦源,其连续输出功率超过120 W,中心波长为807.7 nm,光谱宽度(FWHM)为2.8 nm。该数值分析结果对根据实际需要设计、封装出不同结构尺寸的大功率半导体激光泵浦源模块具有现实的指导意义。