高功率超短脉冲激光系统中光谱增益窄化补偿的调制函数

设计了一种与高功率超短脉冲激光放大过程中获得的总增益、增益介质的带宽、激光带宽、脉冲中心波长等参数相关的调制函数,对激光放大过程中的光谱增益窄化进行补偿。此调制函数的优越性在于,对不同性能的激光系统,无需改变调制函数的形式就能适用。通过数值模拟的方法,讨论了在不同增益介质带宽、激光带宽、脉冲中心波长下的补偿效果。此调制函数在高功率超短脉冲激光系统中有良好的应用前景。

超音速化学氧碘激光器内流动与光能提取耦合仿真

针对超音速化学氧碘激光器,实现了包含化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真。完善了流体力学计算与波动光学计算的耦合方法,解决了耦合计算中各物理参量有效传递及收敛判据选取等问题,根据具体的激光器参数,完成了耦合仿真。耦合计算体现了腔内光场与包含化学反应的超音速流场相互作用的机制,能够反映出有源腔中振荡光场的衍射和光能提取对流场所带来的影响,计算结果包含激光器流动过程、化学过程及光学过程的诸多工作参量。

超音速混合化学激光的小信号增益

超音速扩散式化学激光器谐振腔内混合流场的流动情况对于光腔的光学性能有重要影响。本文在考虑流场情况下利用矩形型线与Gauss-Lorentz 形型线模型作了零功率吋的增益计算,同时进行了比较分析,本文方法的计算结果与用Navier-Stokes 方程的计算结果定性比较小信号增益值分布规律相同。

摆动场中的电子动力学与系统的稳定性

从自由电子激光器的摆方程出发,利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分分析了系统的相平面特征,并利用加速器概念和束流动力学方法,讨论了系统的稳定性、增益和临界特征等问题。结果表明,由于外力矩存在,自由电子与辐射场的同步性质得到了改善,而系统的能量转换率也得到了提高。但是,由于稳定区面积减小,系统的稳定性和辐射强度受到一定影响。如何综合考虑这两种因数是自由电子激光器设计的重要环节之一。

N_2分子二聚物在352.3nm处增益特性研究

利用微波放电激励高纯氮,并采用放大自发辐射法,研究了不同微波激励功率和不同N2气压条件下N2分子二聚物352.3 nm辐射的增益特性.给出了沿放电管轴线N2分子二聚物352.3 nm辐射的小信号增益系数随微波激励功率和充入放电管N2气压变化的规律.研究结果表明当微波功率大于100 W时,充入N2气压在330～1 800 Pa范围内,N2分子二聚物在352.3 nm处存在受激辐射特性.当微波功率为500 W,充入放电管的N2气压为1 100 Pa时,N2分子二聚物352.3 nm辐射的小信号增益系数最大为1.08% cm-1.另外,还给出了N2分子二聚物352.3 nm辐射增益沿放电管径向分布情况. N2分子二聚物352.3 nm辐射的增益系数在放电管中心最小,接近管壁时最大.

激光增益系数ζ(ν)和佛克脱函数的近似积分计算—兼论δ函数在近似计算中的应用

本文分析了激光增益系数ζ(υ)和佛克脱积分函数I(υ,υ_0).指出两函数的积分困难均来源于洛伦兹分布函数和多普勒分布函数的褶积.文中进一步分析了洛伦兹函数φ_N和多普勒函数φ_D,并引出函数的峰宽比α,指出当峰宽比α_N>>α_D时,可以把积分号内的φ_N当作δ函数来处理.反之也然.这样就很容易得到ζ(υ)和I(υ,υ_0)的近似积分.

Na_(2)高振动态与CO_(2)间碰撞转移概率分布的实验测量

受激发射泵浦激发Na_(2)至Na_(2)(ν″=30,J″=11)和Na_(2)(ν″=45,J″=11)。Na_(2)(ν″)与CO_(2)碰撞,研究了CO_(2)(00~00)的全态可分辨转动分布及不同的Na_(2)振动能对碰撞猝灭动力学的影响。光学吸收法测量Na_(2)(ν″)与CO_(2)碰撞后的弛豫过程,在一次碰撞的条件下,确定了ν″,ν″-1及ν″-2各振动能级上的转动态分布,而高于ν″的振动能级没有观察到,从而得到碰撞过程中Na_(2)转动能的改变。在碰撞发生1μs后,测量CO_(2)低J态的瞬时线轮廓,利用双Guass函数拟合,得到两个Doppler增宽轮廓,一个是存在于J态粒子的Doppler半宽,一个是被碰撞出J态粒子的Doppler半宽。从存在于J态的Doppler半宽,得到在Na_(2)(ν″)/CO_(2)碰撞中质心平移速度,从而确定平均平移能的增加〈ΔE_(rel)〉。Na_(2)(ν″)振动能的增加与CO_(2)平动能的增加有很大关系,Na_(2)振动能增加35%,而平动能增加56%。从CO_(2)的其他转动态碰到J态的出现速率系数k^(J)_(app)由测量碰撞前和碰撞1μs后的泛频激光感应荧光强度得到总的出现速度系数k_(app)=Σ_(J)k_(app)^(J)=(6.6±1.5)×10^(-10)cm^(3)·molecule^(-1)·s^(-1)[对Na_(2)(ν″=30)]和(5.9±1.3)×10^(-10) cm^(3)·molecule^(-1)·s^(-1)[对Na_(2)(ν″=45)]。因此Na_(2)(ν″)/CO_(2)的碰撞频率对Na_(2)的振动能不是很敏感的。取k_(app)作为参考速率系数,得到了全部能量转移概率分布P(ΔE),这里的ΔE包括了CO_(2)转动能和平动能的变化以及Na_(2)转动能的变化,对于Na_(2)分子振动能的较小增加,会引起P(ΔE)曲线的迅速增宽,在ΔE>500 cm^(-1)以后,Na_(2)(ν″=30)/CO_(2)的P(ΔE)曲线移到了Na_(2)(ν″=45)/CO_(2)的P(ΔE)曲线的下面。P(ΔE)对ΔE在0~3 000 cm^(-1)之间的数值积分给出〈ΔE〉_(trans)=590 cm^(-1)[对Na_(2)(ν″=30)],而对Na_(2)(ν″=45)则给出〈ΔE〉_(trans)=880 cm^(-1)。

L波段掺铒光纤放大器的增益平坦滤波器设计

EDFA的增益平坦化是WDM系统中的重要问题 ,用成本低、插损小的光纤光栅实现该功能是一项有吸引力的方案 ,采用剥层法设计了基于啁啾光栅的增益平坦滤波器。基于时间因果律的剥层算法将光纤光栅看成一个分离的模型 ,由一系列长度为Δ的复反射器所组成 ,每个反射器的后端耦合系数都可由它的前端耦合系数递归地求出 ,从而能快速、精确地反演出光栅的耦合系数函数。啁啾光栅的目标反射谱由理想的增益平坦滤波器透射谱获得 ,利用与反射谱群时延有关的常数α可控制光栅的长度 ,α取值为 0 0 0 2 4cm2 时 ,对应的光栅长度为 3 5cm。用剥层法反演出耦合系数函数后 ,又通过解Riccati方程模拟了合成光栅的透射谱。数值模拟结果显示理想透射谱与合成光栅透射谱之间的峰峰值误差小于 0 1dB ,并且在工作带宽范围内 ,透射谱群时延的变化量小于 0 6 ps ,表明该滤波器对系统没有额外的色散影响。

半导体激光器内自混合散斑干涉

在散斑和半导体激光器的自混合干涉理论的基础上 ,提出了基于法布里珀罗腔的自混合散斑干涉模型 ,对粗糙表面产生的激光器内自混合散斑干涉效应 (SMSI)进行了详细的理论研究和分析 ,得到了粗糙腔条件下的激光动力学的数值解。模拟产生了高斯相关随机表面及其在夫琅禾费面上产生的散斑场 ,以及该散斑场与相干光场叠加所形成的光场 ,分析了这些情况中光强的统计特征 ,与已知实验情况进行了对比 ,模拟结果与已知统计结果相同。给出了粗糙表面运动时激光器输出增益的变化及其概率密度分布。对由于照明宽度和外腔长度的变化而给粗糙表面运动时激光器输出增益变化带来的影响进行了分析。实验结果和模拟结果相符。

摆动反射镜实现高功率激光束的平滑化

为了获得均匀化、平顶的高功率激光束,设计了一种以平面镜为输出镜、凹面镜为全反镜的新型谐振腔结构,由于凹面镜的周期摆动使得输出光束强度分布得到一个时间上的均匀化,得到近似的“平顶”高斯型。建立了理论模型,并对该整形方式进行理论分析与数值模拟。理论计算和实验结果都表明,采用这种新型的整形方式,CO2 激光器输出光束光强的空间分布得到了明显的均匀化。此方法避免了传统高功率激光光束整形的弊端,提高了系统的可靠性,简化了结构设计。