基于半导体激光合束技术的高效点火光源研究

随着半导体激光技术的快速发展,以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究,设计出一种单光纤双波长输出的光学结构,将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105μm,数值孔径(NA)为0.22的光纤中,获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 m W的1310 nm检测激光,其中高功率点火激光的耦合效率超过90%;通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形,与自由输出光束相比,整形后出射光斑发散角减小了,入射到点火药剂上的光功率密度增大了,点火效率提高了。实验结果表明,所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检,满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。     

激光二极管点火系统的设计

介绍了一种基于高功率激光二极管的激光点火系统的设计,该系统对传统激光点火系统中的光路自检功能进行了改进.在保证检测安全性的前提下提高了检测的有效性,可供武器、航空航天系统等高可靠应用系统借鉴.     

高功率密度光纤性能测试系统设计

针对高功率密度运转下的光纤激光对其适用的光纤器件的许多特殊要求,设计了高功率密度下光纤性能的测试系统。综合比较论证了截断法、插入损耗法、后向散射法三种测试方法。基于插入损耗法设计了双光路光纤测量系统,通过双光路同时测量被测光纤和参考光纤的插入损耗,利用参考光纤光路监控校准输入信号光功率,提高测量精度。对系统的测试方法和测量参量理论上进行了推导和说明,分析了系统的传输效率,设计测量精度可达到插入损耗不大于0.5 dB,回波损耗不小于50 dB。     

激光起爆系统光路完整性检测技术研究

针对激光起爆系统可能会出现起爆光路的不完整从而影响正常的起爆,设计了激光起爆系统自相关检测和互相关检测两种不同的光路完整性检测结构,并对两种结构进行了理论分析和对比.结果表明,自相关检测结构可以检测到激光起爆器回馈光纤中回波信号的最小功率为100nW,互相关检测结构能检测到激光起爆器回馈光纤中回波信号的最小功率为0.1...     

光纤和法兰耦合损耗对激光传输功率的影响

实验研究了光纤和法兰耦合对激光传输功率的影响 ,得出了法兰和光纤接头的耦合不当对激光功率产生很大损耗 ,这将直接影响激光点火系统的点火性能     

利用激光多普勒效应测量流体速度

本文利用激光多普勒效应,设计了基于光纤结构流体速度测量装置,文中利用光纤激光器作为光源,采用光纤代替传统的光路,采用光纤分束器实现分光,采用制冷的雪崩光电二极管(APD)为探测器,来建成一个基本全光纤化的多普勒测速系统.     

新型激光加热基座生长法生长氧化锆单晶光纤

为了拉制氧化锆单晶光纤,采用一种基于激光加热基座生长法的单晶光纤拉制系统,在原有的激光加热基座生长法生长单晶光纤的基础上,设计出环形聚焦激光加热系统,对其光学系统进行了改进、优化.利用椭球镜的双焦点特性设计光路,在其第一焦点处形成聚焦环形热源,用于熔化晶棒,拉制光纤;通过ZEMAX光学软件对系统进行了光学仿真.结果表明,在光学系统的聚焦点,能形成高质量的环形热源.该系统有着其它激光加热基座生长法的光学系统无法比拟的优点,在拉制氧化锆和其它高温单晶光纤方面有着很好的应用.     

光纤技术在光路自动准直中的应用

光路自动准直系统用于惯性约束聚变的高功率激光装置的光束精密自动准直调整.针对神光Ⅲ原型装置四程放大光路对自动准直系统的调整时间和调整精度的要求,考虑到光路总体结构的要求,利用光纤像传递和光纤耦合技术,结合近场远场像传递原理,使用插入式光纤点光源实现了后腔镜的准直调整,充分考虑了四程放大的光路像传递特点,设计出一套优化合理的四程放大准直方案,并且在神光Ⅲ原型装置模拟实验平台上得到了充分的验证和考核.实验结果表明光路自动准直系统能够在15 min之内顺利完成系统的光路调整,光束近场调整精度优于近场光斑的±0.5%,光束远场调整精度≤±0.3",满足了原型装置总体的要求.     

激光二极管点火瞬时温度的测量

建立了一套以光纤采集信号的激光点火和温度测量系统,测量了激光作用下B/KNO3点火药的时间分辨光谱。用多光谱测温原理计算了激光作用下点火区瞬时温度,温度变化过程表明在点火过程中存在二次点火现象。     

高功率密度光纤激光元器件传输特性测试系统

为了提高高功率密度下光纤激光元器件传输特性测量精度,采用基于光纤标准测试方法的双光路测量结构,设计了自动光功率比测量系统。对双光路系统的特点进行了理论分析和实验验证。利用固体微晶片激光器作为光源输出,建立了折射率匹配法传输特性测试仪实验装置,对掺镱双包层光纤的传输损耗特性进行了测量。实验中测得35m长掺镱双包层光纤对1064nm光的插入损耗为2.645dB,测得100组数据对应的标准偏差为0.026dB。并在不同的条件下进行了多次重复实验,重复测量误差不超过0.07dB。这一结果对于提高光纤激光元器件测试精度是有帮助的。     

激光点火技术综述

综述了激光点火技术的原理、系统组成及最新进展.讨论了影响激光点火的因素.提出了一种小型化激光多点点火系统构想,将微机械光开关、微机械分光器等微电子机械系统器件引进到激光点火系统中,提高了激光点火系统的安全性,减小了体积.指出现阶段激光点火技术遇到的困难,未来研究工作应关注点火过程的理论研究及降低点火能量阈值的方法.     

大芯径移动光纤式光开关

激光点火装置是低电压启动设备,为了保障激光意外输出时的安全性,需要光开关作为激光点火系统的保险与解除保险装置。为此介绍一种适用于较高功率激光点火装置中的光开关。该光开关采用了移动光纤式结构,适用于较大芯径光纤。具有较低的插入损耗。     

半导体激光起爆试验研究

采用BNCP掺杂炭黑作为激光起爆器的点火药剂,研制了具有点火时间检测功能的激光起爆试验装置,工作波长980nm,光功率0-2W可调,脉冲宽度1-200ms可调。利用该装置开展了系列激光点火试验,结果表明：该起爆药剂的发火阈值功率为240mW,最小全发火功率为400mW,最大不发火功率为80mW;点火功率大于最小全发火功率时的典型点火时间为600μs。     

含能材料激光点火性能的试验研究

分析了固体含能材料光吸收性的特点,采用了既利于材料吸收又便于普通光纤传输的大功率固体Nd~(3+):YAG激光器,对各种含能材料进行了激光点火性能的试验研究,成功测得了各种含能材料的点火过程曲线,并对影响含能材料激光点火性能的各种因素(激光能量、脉冲持续时间、不同药粒等)进行了实验分析。结果表明,不同含能材料的激光点火性能存在较大的差异,这不仅与激光特性有关,而且与含能材料的热物性有着密切的关系。这必将为含能材料激光点火系统的设计提供参考和依据。     

液晶光学器件的近红外激光损伤研究进展

液晶光学器件在激光聚变、光电对抗、激光雷达、激光通信等领域的应用面临着近红外高功率激光辐照失效的风险。在介绍液晶光学器件基本结构和基本工作原理的基础上,按照液晶光学器件的组成,依次对构成液晶光学器件的导电膜、取向膜、液晶材料,以及整体液晶光学器件在近红外激光辐照下的损伤特性及机制的研究进展进行了综述。     

激光技术在弹射救生设备中的应用

成功地将激光技术运用到弹射救生设备上,设计出一种新型的激光起爆系统,该系统能将产生的激光能量传给座椅弹射弹并使它们引爆,文中详细介绍了该系统的构造和对其的检测装置及检测实验。     

含能材料激光点火的氧平衡问题研究

实验研究了含能材料激光点火的氧平衡问题。对Zr/KClO4 等的临界激光点火能量的测定实验表明,锆与高氯酸钾的质量比对Zr/KClO4 的临界激光点火能量阈值有明显影响,在其他条件、因素相同的情况下,当偏富氧配比时,有利于激光点火,即点火的阈值能量低,或者说含能材料的激光感度较高。     

纳秒整形激光脉冲波形的高对比度诊断

激光脉冲波形的精密诊断是大型激光装置运行控制和精密物理实验的前提,而动态范围的大小是衡量诊断系统的关键指标之一。为了满足高功率激光装置对纳秒级整形激光脉冲对比度控制及精密诊断的需求,采用双探测器与数字示波器四通道分组并行取样的诊断方法,通过将整形激光脉冲分解为不同的幅值区域并送入示波器的不同输入通道,每个通道采用不同的垂直灵敏度档位进行探测,最后利用共同的时基完成波形的对接重构。研究结果表明,采用的方法可以实现2 500:1的动态范围,在偏差为2%的测量精度内,可以实现对比度高达100:1的多台阶整形脉冲的全波形测量。     

激光起爆技术研究进展

激光起爆技术的能量起爆方式独特,具有常规电起爆无可比拟的优势。近几年来,激光起爆技术在基础研究和工程化方面都取得了巨大的进步。其中,激光直接起爆技术和激光驱动飞片技术成为各国研究的热点。主要介绍了激光起爆技术的应用与研究进展。分别阐述了激光直接起爆技术和激光驱动飞片技术的研究状况。指出了激光起爆技术的关键环节,主要是在激光器优化设计、光纤传能技术研究、整个光路优化设计和激光加载方式研究4方面进行突破。针对目前影响激光起爆技术发展的主要问题,提出了解决方法,对未来激光起爆技术进行了展望。     

激光点火过程的一维有限差分模拟

从激光点火的热机理出发,建立了激光点火过程的一维有限差分模型,并对B/KNO3/酚醛树脂点火药的激光点火特性进行了数值模拟。结果表明,随着入射激光能量水平、入射激光功率、入射激光能量密度、药剂激光吸收系数的减小,药剂的点火延迟时间延长 ;当入射激光能量水平接近点火能量阈值时,药剂表面温度的成长曲线出现双峰现象 ;点火功率阈值随着光束半径的增大而增大,随着脉冲宽度的增大而减小。模拟结果与实际激光点火过程的规律一致,与实验结果基本吻合。