高功率固体激光器冷却技术

大热流密度散热问题已成为发展高功率激光器的关键技术之一.本文结合我们近年来的研究工作,综述了目前正在应用或正在研究的针对高功率激光器冷却技术的研究现状,主要包括微通道液体对流换热、固体冷却、喷雾冷却和微热管冷却.然后根据技术发展趋势,提出了微通道沸腾换热冷却和液氮冷却是两种具有很好应用前景的冷却技术,并介绍了该两项技术目前基础研究进展情况.     

直接液体冷却薄片固体激光器研究进展

在高能固体激光器中,通常每增加一片增益介质都要增加与其对应的一整套冷却系统,随着高能固体激光器功率的进一步提高,激光器系统体积越来越庞大,并且对激光器的热管理提出了越来越高的要求。直接液体冷却薄片固体激光器因其优越的热管理及非常小的体积输出功率比,近年来成为新型固体激光器研究的热点。本文介绍了直接液体冷却薄片固体激光器概念的提出,阐述了该类激光器的特性,并提出了该类激光器的分类。分析了两类直接液体冷却薄片固体激光器的研究进展以及在获取高光束质量方面的技术挑战。     

板条固体激光器的一种热物理模型

为了获得固体激光器的高功率、高光束质量和高效率，采用理论分析的方法，建立了板条激光介质温度分布和冷却速率等热物理参量的模型，并以灯抽运钕玻璃板条固体激光器为例，进行了数值计算。结果表明，2维模型可以更精确地说明板条固体激光器的温度分布和冷却速率等热物理特征。该研究对高功率板条激光介质的设计具有一定的指导意义。     

18J,20 Hz固体热容激光器

为研究同体热容激光器运转的物理机制，研制了一台演示验证样机。激光器使用钕玻璃板条为工作物质，脉冲灯抽运，平-凹式稳定谐振腔。固体热容激光器运转有两个工作相，样机达到的技术性能如下：第一工作相输出激光，以20Hz重复频率工作10S，输出能量开始时23．81J／脉冲，结束时18．51J／脉冲；第二工作相冷却工作物质，经编程控制的氮气冷却5min后，激光器可重新进入第一工作相循环工作。分析了限制激光器输出激光时间的两个主要原因。试验表明：固体热容激光器输出激光时，沉积在工作物质中的废热使工作物质处于表面温度高于内部温度的状态。由此工作物质产生了向内的压应力，它使工作物质破坏阈值上升，激光器可以工作在较高的温度状态。对第二工作相冷却工作物质的热管理模型进行了讨论．     

流体直接冷却固体激光器实现激光输出验证

流体直接冷却薄片型固体激光介质是美国通用原子公司"液体激光器"方案的核心思想,是固体激光实现十万瓦级高功率输出的有效途径。固液表面损耗、液体流场影响以及腔体附加损耗等,是此类激光器所面临的新问题。2012年5月中旬,清华大学的流体直接冷却固体激光器进行了首次整机实验,实现了激光输出。     

第一个太阳能泵浦的气体激光器

虽然太阳能可以激发激光放大，但是要在地面上建立实用的太阳能泵浦的激光器还为时过早。几年前已经证实太阳能可以泵浦固体激光器，但是固体材料冷却速率慢，妨碍了将这种激光器作成高功率或高重复率器件。最近由美国国家航空和航天管理局主持的实验第一次证实了太阳能泵浦气体激光器的可能性。     

高功率固体激光器技术研究与应用

论述了高功率固体激光技术发展历程中遇到的各种技术问题及解决方案,对目前高功率固体激光技术的研究热点——光纤激光器、热容激光器、板条激光器、薄片激光器等的技术特点、发展现状及应用前景进行了讨论。     

大功率激光武器及其冷却系统

回顾了大功率激光武器的分类与发展历史,根据现有冷却方法的热负荷范围,提出解决未来大功率激光武器热管理的可能途径.对于千瓦级固体激光器的冷却,可采用激光二极管抽运方法减少进入工作介质的热量,采用微通道液冷或喷雾冷却等方法以有效地导出工作介质中热量.兆瓦级化学氧碘激光器或中红外氟化氘化学激光器等,可采用喷雾冷却或热泵冷却等方法.     

高功率固体激光器关键技术

高功率固体激光器技术发展迅速,新材料、新体制的固体激光器不断涌现,从而使战术激光武器有望进入电激励的固体激光器时代.评述和比较了热容型固体激光器、新型二极管泵浦薄板条激光器、光纤激光器等三种高功率固体激光器的技术方案、技术途径和涉及的关键技术,对发展100kW级固体激光器的关键技术和研究基础进行了分析,并对高功率固体激光器及其中间成果的可能应用前景进行了描述.     

基于液体直接冷却的薄片固体激光器研究

详细研究了直接液体冷却薄片固体激光器的关键技 术,主要包括增益模块内流道结构的设 计、薄片增益介质的装夹方式的选择等。从流场的流动状态和 流道换热能力的角度出发分析了增益模块内流道结构的设计;对比分析了采用 “软装夹” 和“硬装夹”对增益 介质热应力和增益介质所能承受最大抽运功率的不同影响,计算结果表明,采用“软装夹” 增益介质所能承受 的抽运功率大约是“硬装夹”的8倍。最终,基于课题组所研制的1kW量级直接液体冷却薄 片固体激光器对其关键技术进行分析总结。     

二极管侧面泵浦固体激光器热效应研究

文中对大功率二极管侧面泵浦固体激光器的热效应进行了分析,并对灯泵浦固定激光器与二极管固体激光器的热效应进行比较,在实验中得出了大功率二极管侧面泵浦固定激光器热效应的经验公式。     

固体激光器进展及发展趋势

半导体激光泵浦的固体激光器,固体可调谐激光器及高功率固体激光器是八十年代固体激光器最重要的进展,也是九十年代固体激光技术发展的主要方向。本文介绍了这些领域的进展和发展趋势。     

高平均功率全固态激光器发展现状、趋势及应用

综述了目前获得高平均功率全固态激光(DPL)输出的圆棒、板条、薄片和光纤激光器,以及热容激光和相干合成等主要方式的特点、发展历史及国内外最新进展,分析评述了高平均功率全固态激光器的发展趋势,并展望了其在工业和国防领域的应用前景.     

二极管泵浦固体激光雷达技术及其应用

二极管泵浦固体激光雷达是最近几年成像激光雷达发展的重点,它采用高重复频率、高峰值功率的二极管泵浦固体激光器、高灵敏度的雪崩二极管探测器,其主要优点是体积小、价格低,可用扫描成像或非扫描 成像,探测大多采用直接探测体制,在军事和国民经济中都有着广阔应用前景。文中简要介绍了二极管泵浦固体激光雷达的研究及其在军事中的应用,包括精确制导、风速测量和直升机防撞等。以几种典型激光雷达为例,概括了激光雷达研究中需要解决的部分关键技术。     

高功率半导体激光抽运碱金属蒸汽激光器

随着半导体抽运固体激光器向更高的输出功率发展，固体激光工作物质的热效应问题成了该类器件发展的瓶颈，人们开始尝试用高功率半导体激光抽运气体工作物质来代替固体工作物质以实现良好的热管理。半导体抽运碱金属蒸汽激光器（DPAL）结合半导体激光高功率、高效率抽运和气体激光介质良好的热管理和光学特性，以及碱金属原子D线激光跃迁的高量子效率（99%）等优越性，有可能实现好的光束质量（近衍射极限）、高效率（斜率效率大于80%）、高平均功率的近红外激光，在定向能量传输、国防军事、激光钻油气井和激光工业加工等领域具有极好的应用前景。综述了DPAL激光器的工作原理、关键技术、最新研究进展和它的应用前景。     

高平均功率固体激光器抽运结构发展

总结了实现高平均功率固体激光器的抽运结构，包括Nd：GGG热容激光器、掺Yb激光器及薄片激光器等，为设计高平均功率激光器及抽运方式选择提供了参考依据。     

高峰值功率重频脉冲固体激光器

综述了高峰值功率重频脉冲固体激光器的发展现状，对其中的Ｑ开关、腔倒空、锁模等窄脉冲技术和放大技术进行了分析，展示了高峰值功率重频脉冲固体激光器的发展前景。     

热透镜效应对固体激光器输出影响研究

对含热透镜的固体激光器谐振腔进行理论分析,得到等效谐振腔的G参数,分析讨论G参数随泵浦功率的变化,给出了不同腔型输出功率的变化情况.采用TmYAP激光器作为研究对象,由实验验让了不同腔型激光输出功率的变化,得出对平平腔固体激光器而言,短腔适合高功率输出的结论.     

高功率固体激光和相关单元技术研究的新进展

对高功率固体激光和相关单元技术研究的新进展,如高功率二极管泵浦固体激光器,用于惯性约束聚变和惯性聚变能的二极管泵浦固体激光驱动器,TW和PW级高亮度源,以及板条固体激光放大器等研究的新进展作了评述和分析。     

免调试激光器研究新进展

介绍了免调试激光器的基本概念和广泛应用,总结了国内外关于免调试激光器的研究在实现激光器小型轻量化、多波长输出、改善大能量/高功率激光器光束质量方面的新进展,以及向双角锥棱镜谐振腔方向拓展应用研究的新动向。重点报道了角锥棱镜谐振腔在相干合成领域的最新进展,分别实现了角锥光纤激光器互注入相干合成和基于角锥固体激光器互注入相干合成,为实现高可靠、大能量/高功率、高光束质量激光输出提供了一个有效技术途径。