国外新型电驱动高能激光技术现状与发展趋势

主要讨论了国外平面波导激光器、固体薄片激光器、浸入式液冷固体激光器、碱金属蒸汽激光器、相干合成光纤激光器等新型电驱动高能激光光源的技术发展现状、关键技术以及未来作为激光武器应用的潜力。它们至少在原理上可以解决当前高能固体激光或光纤激光面临的一些难题,但因为某些缺点或者面临一些待解决技术问题,使其输出功率、光束质量或体积、重量等指标暂时达不到典型高能固体激光或光纤激光的水平。详细讨论了这些新型电驱动高能激光的优缺点,并对其技术发展前景进行初步分析判断。

直接液冷侧面泵浦Ti:Sapphire激光器的热效应分析

建立多物理场模型,对直接液冷侧面泵浦Ti:Sapphire薄片激光器的热效应进行了分析。对侧面非均匀泵浦下薄片的温度分析指出:泵浦光在薄片内的全反射传输并未引起温度的剧烈起伏;流体的热边界层厚度远远小于流体厚度的一半,则相邻两片薄片之间不存在热串扰。对热安全性的分析指出,随着热功率的增加,既定工况下激光器的热安全性受到了固液界面温度的限制,先于薄片的热应力达到瓶颈;断裂应力限制下Ti:Sapphire薄片的热负载功率为4.43 kW,是相同工况下Nd:YAG的4.92倍。对热致波前畸变的分析指出:由于热边界层很薄,虽然流体的热光系数是薄片的数十倍,但是流体所引入的波前畸变不一定占主导地位;流体热光效应致波前畸变与薄片介质热光效应、热变形的影响相互补偿,预示着通过优化设计可大幅提升光束质量。

直接液冷端面泵浦Nd:YLF薄片激光器热效应分析

直接液冷端面均匀泵浦薄片激光器具有高光束质量输出潜质,针对制约其高光束质量输出的热致波前畸变难题,基于流体力学层流模型开展了热效应分析。通过对比理想的满口径泵浦和实际的非满口径泵浦两种热加载条件下的温度分布和波前畸变,指出冷却液沿流动方向的热量累积使激光器产生了沿流动方向的波前畸变,沿薄片横向在泵浦边缘位置处温度的陡然下降造成了激光波前的严重恶化,实验结果也验证了这一结论。另外,热安全性评估指出,单薄片最大热负载受到薄片应力的限制,先于固液界面温升达到瓶颈;热致波前畸变分析指出,Nd:YLF薄片热变形致波前畸变可忽略不计、流体热光效应是波前畸变主要来源。

千瓦级浸入式直接液冷Nd:YAG多薄片激光谐振腔

介绍了一种工作在准连续状态下的直接液体冷却的侧面抽运Nd:YAG多薄片激光谐振腔,装置中选用20片Nd:YAG薄片作为增益介质,由激光二极管阵列在其侧面进行抽运,流动的硅氧烷溶液作为冷却液在其端面进行冷却,振荡激光以布儒斯特角穿过多层薄片和冷却液实现增益。设计了层流冷却流场并通过数值模拟验证了其对来流不均匀性的耗散能力。根据之前报道的层流冷却能力测量实验建立数值模型,模拟了流场的冷却效果,实验结果证明了模型的置信性,进而基于模型对激光器中薄片的热安全性进行了评估。在抽运能量为49.9J时,获得了15.7J的最大脉冲能量输出,对应光-光效率和斜率效率分别为31.4%和39.2%;在抽运脉宽为250μs,重复频率为100Hz,平均抽运功率为5kW时,获得了1440 W的平均输出功率。