飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律

为研究飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律,利用考虑电子态密度(DOS)效应的模型计算了电子热容和电声耦合系数随电子温度的演化规律,并与采用QEOS(quotidian equation of state)模型计算结果进行了对比;提出DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型,计算得到电子温度、晶格温度、等离子体羽位置时间演化规律和等离子体压力时空演化规律,并与QEOS飞秒脉冲激光冲击强化模型结果进行了对比。结果表明:DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型计算得到的等离子体羽位置随时间的演化规律与实验结果吻合程度更好;增加激光能量或功率密度、考虑电子DOS效应会增加电子、晶格温度和等离子体压力。

Er掺杂CGA晶体的生长及浓度优化研究

本文采用激光加热基座法生长出一系列掺杂不同Er^(3+)浓度(摩尔分数)的Er∶CaGdAlO 4(Er∶CGA)激光晶体,并对制备出的系列晶体开展详细的光学性能研究。结合J-O理论计算和光学性能表征,通过对比吸收光谱中780~840和955~1020 nm的最大吸收系数、吸收截面、半峰全宽和辐射寿命等,以及荧光发射光谱的发射强度、发射截面和能级荧光寿命等光学性能参数,得到Er^(3+)的最佳掺杂浓度为5%。该工作为获得一种有望用于1.5~1.7μm近红外波段全固态激光器的新型激光增益介质提供了一定的实验基础。

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。

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。

热管在LD端面泵浦固体激光器散热系统中的应用

基于热管的传热原理,计算了热管的等效导热系数.采用电加热器作为模拟热负载,在实验和数值计算上比较了热管散热器和水冷方式的散热效果;在激光二极管端面泵浦固体激光器中,模拟并比较了热管散热和水流散热方式对晶体温度分布以及热透镜焦距的影响.结果表明,使用热管散热器在该系统中具有一定的散热效果,而且它可以克服水冷方式带来的水流温度波动、设备复杂庞大等缺点,为激光二极管端面泵浦固体激光器中晶体散热提供了一种解决途径.最后,提出了一种热管式热沉设计方案,利用热管的高导热性,将其做成热沉取代铜直接用于夹持晶体和散热.

热容模式下激光介质的动态光学畸变

开展了热容模式下激光介质动态光学畸变研究,初步分析了温度梯度、光弹效应及介质端面变形对整个波前畸变带来的影响,并将光学畸变转化为谐振腔损耗,数值模拟了热容激光器输出功率随时间的变化规律,模拟结果表明:当激光器工作温度低于400 K时,由粒子数玻耳兹曼分布引起的功率下降可以忽略,动态热效应是实验中热容激光器输出功率随时间快速下降的原因。

热容运转模式下LD泵浦固体激光器的热效应分析

针对热容运转模式下的固体激光器,修正了二极管泵浦光强分布,并且考虑激光工作物质的比热容和热传导率随温度变化的特性,建立了三角均布脉冲LD侧面泵浦固体激光工作物质的热传导物理模型。利用有限元方法,模拟分析了激光工作物质的温度变化过程。结果表明,由于泵浦光的不均匀分布,热容运转模式下的固体激光器仍然会受到热效应的影响。分析比较了热容固体激光器和连续泵浦、脉冲泵浦模式下热稳态固体激光器工作物质的热效应,3种工作模式下,激光工作物质内的最大温差分别为3.59、35.51、8.07 K。表明热容运转模式下,激光工作物质内温度梯度非常小。讨论结果对热容激光器的设计工作提供了参考。

激光晶体Nd^(3+):Gd_3Ga_5O_(12)中的核心和小面生长

Nd3+:Gd3Ga5O12(Nd:GGG)晶体是热容固体激光器的一种重要的工作介质。采用提拉法沿<111>方向生长出了Nd:GGG单晶,利用激光器、应力仪和偏光显微镜等仪器和方法,对晶体的小面生长及核心等缺陷进行了观察,分析了小面生长的机理,并提出了消除这些缺陷的办法。通过研究,为改善生长工艺、生长大尺寸优质Nd:GGG晶体提供参考。

5英寸Nd:GGG激光晶体的生长

本文介绍采用提拉法,运用上称重自等径技术(ADC)生长5 inch的掺钕钆镓石榴石(Nd:GGG)晶体。通过调整生长工艺参数,优化温场结构,我们成功生长了5 inch的Nd:GGG晶体。晶体外观完整,无宏观缺陷,有望作为激光工作物质用于强固体热容激光器中。此外,我们对晶体的外形和生长界面作了讨论。

高功率固体热容激光器

介绍了新概念固体热容激光器的基本原理 ,简述了其发展进程和现状 ,并对固体热容激光器关键技术进行了详细分析 ,探讨了其未来发展前景。

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。

热管冷却技术在Yb:YAG激光放大器中的应用

为克服水流冷却在固体激光热管理中结构复杂、稳定性差、能耗大等缺点,设计了热管冷却的Yb:YAG激光放大器。分别通过理论和实验验证了热管冷却技术的可行性。首先,建立了三维、瞬态的有限元模型,模拟结果表明,对于6 kW、1.2 ms的泵浦能量,1 Hz重频下的热管冷却和水流冷却散热能力接近;其次,实验测量了Yb:YAG放大器的输出能量,两种冷却方式在1 Hz下的输出能量基本相同,热管冷却的能量稳定性更好。通过优化热管参数,放大器的工作频率、输出功率得到进一步提高。

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。

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.

基于热流固耦合的微通道冷却系统模拟

浸入式直接液冷固体激光器的设计理念自提出以来即受到广泛关注,其增益介质与微通道内冷却介质直接接触进行换热的方式能显著提高传热效果.微通道的结构、流体流动及增益介质热负荷直接影响激光器光程差(OPD),从而影响激光出光质量.基于实际浸入式直接液冷固体激光器操作条件优化的需要,建立二薄片三通道(坐标轴x正方向为双流道流动方向)小型固体激光器冷却系统几何模型,并将热流固耦合方法和OPD计算模型相结合,模拟研究微通道内雷诺数、增益介质热负荷对OPD的影响.模拟结果表明:冷却系统的转捩雷诺数为2600;相同热负荷下,随着微通道内流动雷诺数增大,OPD波峰与波谷的位置向x轴的负方向(单流道流动方向)移动、峰谷值增大;相同雷诺数下,随着增益介质热负荷增大,增益介质热变形程度增大,OPD的波峰与波谷位置不变、峰谷值增大;为保证固体激光器出光质量,当实际热负荷为2000W要求时,由于增益介质所受最大应力和微通道层流流动的限制,雷诺数应控制在2200~2600范围内;当雷诺数为2300时,由于增益介质所受最大应力的限制,热负荷应控制在2400W内.建立的热流固耦合并结合OPD计算模型方法,可面向固体激光器的研发与应用,指导实际直接液冷固体激光器操作条件的优化.

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。

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。

微通道-微槽群中间换热器特性实验研究

对用于固体激光介质冷却的组合式中间换热器的流动与传热特性进行了实验研究。实验研究结果表明:努塞尔数随雷诺数的增加而增加,总热阻随微通道侧蒸馏水流量的增加而减小,总换热量随微通道侧蒸馏水流量的增加而增加,且换热器的传热系数可以达到1.5×104W/(m2.K),总热阻小于0.3 K/W,能较好地解决当前固体激光介质冷却系统中间换热器所存在的问题。

固体激光器中的热管理

泵浦源向固体激光介质提供产生激光所需能量的同时,在介质中造成无用热。为了持续工作,必须及时从激光介质中消除这些无用热(散热),于是形成“热效应”。这种热效应造成两个恶果:应力导致工作介质破坏,从而限制了激光器的输出平均功率;畸变导致激光光束质量下降,使输出激光的亮度降低。概述克服固体激光器热效应所做的工作、取得的进展以及今后可能的技术途径。

Nd∶YAG激光深熔焊接过程中同轴保护气流量对小孔的影响

通过对利用同轴视觉传感系统所采集的Nd∶YAG激光深熔焊接过程中小孔图像的处理研究了同轴保护气流量对激光深熔焊接过程中小孔的影响。研究表明,同轴保护气流量的变化对小孔上部的影响较大,而对小孔内部的影响很弱。而在较高气流量下,小孔外边缘的径向尺寸随同轴保护气流量的增加而减小,而小孔内边缘的径向尺寸变化很小。小孔内、外边缘中心到激光光斑中心的距离随着同轴保护气流量的增加而减小,说明随着同轴保护气流量的增大小孔竖直轴线越来越靠近激光束轴线。