纳秒脉冲控制精度对多光束组束的影响

在多束脉冲激光叠加过程中,脉冲的同步延时控制精度和脉宽控制精度对叠加光束能量分布具有重要影响。基于光束叠加理论,建立了四束脉冲激光能量叠加模型,以四束整形脉冲为入射光源,分别针对同步延时控制精度和脉宽控制精度变化情况下叠加脉冲能量分布进行了定量计算。结果表明,随着同步延时控制精度和脉宽控制精度的降低,叠加脉冲的脉宽增加,峰值降低。多束脉冲的同步延时控制精度和脉宽控制精度的变化对激光组束的影响比单束脉冲的影响更大。四束激光合成系统中,在其他参数不变的情况下,叠加光束激光脉冲峰值光强变化率小于5%时,单束激光脉冲延时变化率和脉宽变化率保持在3.2%和10.9%以内。因此,脉冲延时对叠加光强影响更大。     

多光束窄脉冲激光合成技术研究

通过多光束合成的手段提高激光器的输出能力。在许多领域具有重要应用价值。但是多年来人们在激光多光束合成研究中一直锁定在激光相干合成的体制上，鉴于光波频率极高，实现困难,影响了工程应用的迫切需求。本文给出了多光束窄脉冲激光功率合成体制的构想,在某些应用领域的重要价值、优点的论证分析．并给出了合成方法及部分试验数据。     

高功率脉冲光纤激光光束合成的最新研究进展

光束合成作为提高脉冲激光功率的有效手段,近年来得到了人们越来越多的关注.综述了几种典型的脉冲光纤激光光束合成方法.详细介绍了近年来不同时域特性(如飞秒、皮秒、纳秒)脉冲光纤激光光束合成的最新进展,分析了各种合成方法的技术特点,总结了脉冲光纤激光光束合成的发展趋势.     

基于相干合成的可调全光纤脉冲激光源

基于光束相干合成的原理,提出了脉冲激光产生的新方法,设计并构造了相应的全光纤实验系统.该方法通过对光纤耦合器中相干合成的两束相干光的相位差进行有效地控制,实现重复频率、脉宽、占空比均可调的脉冲激光输出.实验中利用闭环工作点控制法进行噪声相位补偿,以得到稳定的脉冲光输出.实验分别利用矩形波、三角波、正弦波进行相位调制,得到了相应波形的激光输出;利用不同参量矩形波进行相位调制,可以得到重复频率从1～500 kHz,占空比从20%～80%可调的脉冲光输出,在重复频率为500 kHz时,脉宽可达300 ns.这种脉冲激光产生技术为大功率、可调脉冲激光的产生提供了一种新的途径.     

平均功率360W的光谱合成纳秒脉冲光纤激光

采用多层电介质膜衍射(MLD)光栅实现多路光纤激光的共孔径光谱合成是主流的光谱合成方案。本实验搭建了4路平均输出功率为100W量级的窄线宽脉冲光纤激光器,中心波长在1058～1075nm,利用基于MLD光栅的光谱合成系统,成功获得了平均功率360W,峰值功率122 kW,脉冲能量036mJ,合成效率90,重复频率1 MHz,脉冲宽度295ns的光谱合成脉冲激光输出。最大合成功率下对应的输出光束质量因子M2小于2(M2x=193,M2y=16)。     

时域控制精度对多脉冲叠加效果的影响

为了克服大口径激光系统目前面临的困难,提出使用多束中小口径激光在靶面实现能量叠加的方式。为满足靶面辐照均匀性与对称性的要求,对多束激光的同步控制精度及脉宽控制精度对叠加光束的影响进行分析。研究表明,多脉冲辐照的同步性会影响靶面中心辐照的能量分布。当单束脉冲延时大于等于两倍脉宽时,靶面中心光强峰值将降至75%,两束脉冲延时大于等于两倍脉宽时,靶面中心光强峰值将降至50%。当一个光束的脉宽增加到其他参与叠加的光束的两倍时,靶面中心光强峰值将降至理想叠加情况的87.5%。     

畸变光束远场光强叠加特性研究

在远场将阵列激光的光强进行叠加是获取高功率激光输出的一种有效方法,由于激光在传输过程中会产生波前相位畸变,进而导致远场光强分布不匀滑。基于惠更斯-菲涅耳原理,建立了多束具有随机相位畸变的二维矩形阵列高斯光束非相干合成模型。模拟了光强合成过程远场焦斑的质量变化,计算了远场焦斑RMS和PSD与合成光束数量之间的关系。结果表明:光束非相干合成不仅能够有效提高激光的输出功率,还可以使畸变光束合成后的焦斑分布更加匀滑,提高光束的质量。     

高光束质量短脉宽电光腔倒空Nd:YLF激光器

采用国产光纤束模块端面脉冲泵浦Nd:YLF激光晶体和电光腔倒空技术,实现了短脉宽、高稳定性和高光束质量的1 053 nm激光输出.在不同重复频率1 Hz至200 Hz及不同泵浦注入条件下,获得了脉冲宽度稳定在4 ns左右的激光输出;当重复频率为1 Hz、单脉冲注入能量为7.94 mJ时.单脉冲输出能量为0.78 mJ,脉冲稳定性的RMS为1.9%;当重复频率为200 Hz、注入平均功率为3.1 W时,输出平均功率为240 mW,脉冲稳定性的P-P值小于±5.1%.通过小孔选模获得了光束质量因子M2x为1.02、M2y为1.03的高光束质量激光输出.     

基于TDC-GP1的铜蒸气激光脉冲同步控制器的研制

为了实现铜蒸气激光振放链脉冲同步,设计了一种基于TDC-GP1的激光脉冲同步控制器。系统以W77E58单片机为核心,选用高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1,有效解决了铜蒸气窄激光脉冲延迟纳秒量级的测量问题;采用对脉冲信号进行微积分的方法,确定了稳定的测量点,解决了铜蒸气激光脉冲幅度变化对脉冲延时测量的影响。实验表明,激光脉冲同步控制器可以对激光脉冲实现同步闭环控制,能够将脉冲延迟精度控制在1ns范围内,确保了输出激光功率的稳定性。     

脉冲预电离纵向脉冲放电CO2激光器

提出了一种横向脉冲预电离小型扩散冷却纵向脉冲放电CO2激光器。在内径7.5mm、放电长度50cm的放电区实现了脉冲能量15mJ、脉冲峰值功率375W的激光输出。脉冲重复频率56Hz。预电离电极结构设计成螺旋状,改善了激光的光束质量。     

光纤激光频谱组束技术的研究进展

光纤激光频谱组束是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段。综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,介绍了光栅外腔频谱组束、MOPA结构频谱组束、PTR布拉格光栅频谱组束以及二维阵列的相干和谱组束等方案的基本原理和研究现状,比较分析了各种组束方案的优缺点,最后对频谱组束发展中存在的问题进行了探讨。     

862nm扇面光束脉冲激光器模块

设计并制作了一种新颖的扇面光束半导体激光器模块,并在模块中集成了高输出电压、高重复频率驱动电路.该模块由多个LD芯片在慢轴方向沿圆弧排列而成,采用微柱透镜和平凸柱面镜对LD快轴光束进行准直.驱动电路采用DC-DC电路产生高电压、采用门电路延迟法产生驱动电脉冲.实验测试表明:该模块峰值光功率为1 750 W,光脉冲宽度为6 ns,脉冲间隔为20μs,光束水平发散角为41.2°,垂直发散角为0.23°;可以实现大视场空间、低间隔时间光束发射.     

光纤激光相干合成与谱合成的比较

相干合成和谱合成是两种不同的光束合成方案,近年来均取得了显著进展.为了比较系统地研究这两种新兴的光束合成技术,从光纤激光器的基本要求、关键技术、可扩展性、光束质量、系统稳定性和光束控制等6个方面,对目前已经获得高功率且有望获得更高功率输出的两种典型方案进行了比较研究.结果表明,基于主振荡功率放大器结构的相干合成方案和谱合成方案均难以同时获得高功率、高光束质量的激光输出.对于不同的应用场合,需要在高功率和高光束质量中选择较好的平衡点.     

被动锁相光纤激光相干组束的研究进展

被动锁相光纤激光相干组束是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段之一。介绍了外腔法、全光纤自组织法、倏逝波耦合以及相位共轭法四种组束方案的原理,综述了被动锁相光纤激光相干组束技术的研究进展,分析了四种组束方案的发展前景。     

光纤激光器相干合成与谱合成比较研究

相干合成和谱合成是两种不同的光束合成方案,近年来均取得了显著进展。文章从对光纤激光器的基本要求、关键技术、可扩展性、光束质量、系统稳定性和光束控制等六个方面,对目前已经获得高功率且有望获得更高功率输出的两种典型方案进行了比较研究。     

光纤激光的频谱组束技术

频谱组束具有结构简单、便于控制等特点,是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段.介绍了利用光栅、变换透镜等元件进行光纤激光频谱组束的基本结构和原理.综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,包括MOPA结构的频谱组束、三光栅结构的频谱组束和基于PTR布拉格光栅的频谱组束;比较分析了各种组束方法的优缺点.分析了当前频谱组束技术要解决的关键问题并展望了其发展前景.     

孔径填充——光纤激光阵列相干合成中的关键技术

光纤激光相干合成能够获得高功率、高光束质量的光束输出。目前国内对于相干合成技术的研究集中于各路激光的相位控制,即光束如何相干。而相干光束的合成,即如何提高相干激光阵列的填充因子,作为影响相干合成光束质量的一个重要因素,则较少受到关注。为了保证相干合成激光的光束质量,需辅以相应的孔径填充技术尽可能增大激光阵列的填充因子。跟踪国外近年来发展的孔径填充技术,如幅相转换、自成像波导、光束整形、衍射光学法、光束截断法等,并对每一种技术加以分析和评判。结果表明,光束截断法不需要复杂的光学设计,实施起来最为简单有效,有可能最终用于多路大功率光纤激光的合成。     

脉冲半导体激光器光束并合技术研究

为了提高脉冲半导体激光器达到远场的能量密度,提出采用多个脉冲半导体激光器并合的方法来解决。介绍了光束并合的原理,并且就影响光束并合的因素进行了理论分析与推导,然后采用Matlab模拟分析了各个激光器出光时间同步性对光束合成功率密度与脉宽的影响,以及采用Zemax仿真分析了各个激光器间的轴线平行性以及激光器与准直系统间的同轴性对合成光斑质量的影响,最后通过具体的距离选通实验,验证了光束并合是一种有效地图像提高远场能量密度的手段。     

输出功率50 W的脉冲染料激光放大器

推导了准稳态下横向抽运的脉冲染料激光放大器的简化速率方程,提出了双侧横向抽运方式的脉冲染料激光放大器的设计原则和设计方法.应用高功率脉冲染料激光放大器的物理设计结果,研制了输出功率为50 W的脉冲染料激光放大器的实验装置.采用铜蒸气激光(CVL)作为抽运光,在此染料激光放大器上进行了实验研究,获得染料激光输出功率为52 W,抽运激光功率提取效率为41%.给出了染料激光波长、注入染料激光功率以及抽运激光的时间和空间匹配特性与染料激光放大器输出激光功率和抽运激光功率提取效率的相互关系,讨论了染料溶液浓度对双侧横向抽运方式的脉冲染料激光放大器的输出光束质量的影响.