高功率双波长切换输出脉冲CO2激光器

随着高功率脉冲CO2激光器的不断发展,在工业加工、科学研究等领域的应用日趋增多,对波长选支输出的要求也不断增加。例如,在研究激光与物质相互作用时,人们不仅需要输出10.6μm波长激光,还需要输出9.3μm波长激光,以研究在相同输出功率（能量）下不同波长激光对物质的作用效果。     

多镜腔1.44μm波长Nd:YAG激光器的实现

为了开发在医学应用领域具有独特优点的1.44μm激光,采用Nd∶YAG激光多镜腔技术,设计出对不同波长镀膜参量不同的腔镜。通过增加腔镜的方法,增大了谐振腔对1.06μm和1.32μm波长的损耗,同时增大了1.44μm波长的增益。解决了两镜腔镀膜难以实现的问题,有效抑制了1.06μm和1.32μm波长的振荡。实现了从4F3/2到4I15/2的跃迁,获得了1.44μm激光输出。理论分析和实验设计表明,多镜腔比两镜腔更容易实现1.44μm波长的激光输出。     

多镜腔1.44μm波长Nd∶YAG激光器的实现

为了开发在医学应用领域具有独特优点的1.44μm激光,采用Nd∶YAG激光多镜腔技术,设计出对不同波长镀膜参量不同的腔镜。通过增加腔镜的方法,增大了谐振腔对1.06μm和1.32μm波长的损耗,同时增大了1.44μm波长的增益。解决了两镜腔镀膜难以实现的问题,有效抑制了1.06μm和1.32μm波长的振荡。实现了从4F3/2到4I15/2的跃迁,获得了1.44μm激光输出。理论分析和实验设计表明,多镜腔比两镜腔更容易实现1.44μm波长的激光输出。     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

非链式脉冲DF激光器非稳腔设计与实验研究

采用正支虚共焦腔型对非链式脉冲DF激光器进行非稳腔参数设计并开展实验研究,通过与平凹型稳定腔的对比,揭示了非稳腔在压缩激光远场发散角、提升光束质量方面的显著优势。选取能体现远场能量集中度以及实际光束与理想光束偏移程度的衍射极限倍数β为光束质量评价参数,实验中以86.5%环围能量定义光斑大小,并利用90-10刀口法测量光斑尺寸。通过对不同放大率及模体积的9组非稳腔实验结果的对比,得到了设计优化非稳腔结构参数的规律。综合输出能量、远场发散角、衍射极限倍数β三方面因素,得到了最佳非稳腔参数为放大率M=1.89,后反射镜口径D=40mm,此时激光远场发散角(全角)为0.74mrad,β=1.35,输出能量为1.86J,峰值功率为16.4MW。     

电激励重频HF激光器非稳腔设计及实验研究

为实现电激励重频HF激光远距离传输,在较短的谐振腔内产生大模体积的高质量激光束,开展了激光器正支虚共焦非稳腔的结构设计、仿真计算和实验研究。仿真结果表明,随着放大率M的增大,远场光斑中心亮斑包含的能量逐渐增大,能量向中心转移,远场光斑尺寸和远场发散角也随放大率M增大而减小。实验结果表明:随着放大率M的增大,远场光强分布、光斑尺寸和发散角变化规律与仿真结果一致,但输出激光能量以先增大后降低的规律变化。综合考虑高光束质量和高能量的指标要求,在流场正常工作情况下,当放大率M为3.0时,获得了远场发散角为2.37倍衍射极限和激光能量稍低于稳定腔（约为稳定腔激光能量的94.6%）的重频激光输出,满足激光远距离传输需求。     

离轴非稳腔导引光多光束干涉与远场图样研究

研究光腔内导引光的往返振荡物理过程与传播特性有助于理解、判断光腔的准直失调状态。离轴非稳腔作为一种兼具高提取效率与高光束质量的混合非稳腔,调腔导引光在离轴非稳腔中的振荡物理过程研究鲜有报道。通过理论计算与实验研究了导引光在离轴非稳腔内的多光束干涉过程及其远场传播特征,在实验中搭建了离轴非稳腔（X方向为平凹稳定腔,Y方向为共焦非稳腔）导引光研究装置,通过凹球面镜小孔注入波长为632.8 nm的基模高斯光束,开展了光腔准直与导引光远场图样研究,实验结果与计算结果吻合较好。计算与实验结果表明：离轴非稳腔的干涉图样与传统共焦非稳腔/稳定腔不同,调腔导引光在腔镜小孔注入处出现椭圆“水滴”状干涉图样,该图样亮度较高,可以用于判断光腔的准直状态。输出导引光的远场光斑在Y方向上是不同振荡阶次的亮核光斑,其中高阶次亮核光斑可用于指示红外激光的远场光斑位置。     

流体液体激光器的热流场对输出光场的影响

为了研究液体流速对输出光场的影响,采用数值模拟的方法,模拟了硬边正支非稳腔的有源流体激光器的输出场,并用有限元差分法分析了不同流速条件下热流场分布,得到了在平面波抽运光抽运,并考虑介质的增益饱和时其输出光场的光束质量和光斑中心(峰值强度),在实验观察到了液体流动时光斑中心发生了偏移。结果表明,当液体流速大于1 m/s时,光束质量趋于定值,激光光斑中心偏向于受抽运面的侧面。     

一种横流CO2激光器多折非稳腔

为充分利用高功率横流CO2激光器工作物质反转介质以及提高激光光束质量,采用外光桥、内光腔形式一级振荡,两级放大的非稳腔的光腔结构,提出一种多折非虚共焦非稳激光谐振腔.采用外光桥内光腔结构,安装调试方便,能满足激光器稳定运行的要求.多折非稳激光谐振腔结构可充分利用辉光放电区及其下游介质增益,获得足够大的高质量的激光功率输出.用有限元的方法,对该类型的激光谐振腔的特性进行了理论分析.分析结果表明,该多折非稳腔输出激光远场能量分布与多模激光能量分布相似,但非稳腔输出激光远场相位分布不存在180°跳变,因而具有很好的聚焦性能.     

高光束质量1.57 μm的光参量振荡器

将渐变反射率镜 (VRM)虚共焦非稳腔成功地应用于光参量振荡器 (OPO) ,在工作重复频率 2 0Hz时 ,获得了能量 40mJ,光束发散角 4mrad的 1 5 7μm激光输出。     

高斯变反镜改善板条激光器光束质量的研究

在实验中对比研究了稳腔和高斯变反镜非稳腔两种腔型。采用尺寸为66.7 mm×11 mm×1.7 mm板条Nd∶YAG增益介质,泵浦功率860 W条件下,稳腔获得196 W的激光输出,Mx2=2.47,My2=38.6;高斯变反镜非稳腔获得102 W激光输出,Mx2=2.34,My2=6.48。实验结果表明高斯变反镜非稳腔明显改善了板条激光器宽度方向的激光输出光束质量。     

非稳腔1.06μm激光输出喇曼频移实验研究

本文报道了1.06μm非稳腔激光输出经高压甲烷喇曼频移的实验研究结果。重点比较了喇曼激光和1.06μm泵浦激光的光束质量。     

非稳腔-稳腔混合腔失调特性理论研究

非稳腔-稳腔混合腔的失调特性得到了理论上的研究.当调节混合腔的输出耦合镜几何参数改变时,通过Fox-Li数值迭代法计算其基横模的损耗来研究腔的失调特性.发现混合腔在稳腔方向上不易失调;混合腔的不稳定主要来自于非稳腔方向,且主要来自于输出耦合镜在非稳腔平面内的转动,或者垂直于光轴的平移;偏轴非稳腔要比对称非稳腔稳定.利用混合腔中非稳腔方向易失调的特性,可以设计调Q方案.在正支共焦偏轴非稳腔-稳腔混合腔中应用声光调制器在非稳腔平面内实现声光调Q的可行性,得到了理论的证明.     

脉冲TEA CO2激光器输出波长的温度漂移

当工作气体温度变化时,脉冲TEA CO_2激光器的输出波长也可能发生变化,此现象称为输出波长的温度漂移。通过建立六温度理论模型,用数值计算的方法揭示了平凹稳定腔脉冲TEA CO_2激光器输出波长的温度漂移规律。计算结果表明,这种激光器输出光谱为多谱线结构,工作气体温度升高,激光输出波长向长波长方向移动;工作气体温度降低,激光输出波长向短波长的方向移动。计算结果还表明,激光输出波长随温度的漂移局限在10P支内,没有9μm带与10μm带之间的跨带移动,因此,采用光栅谐振腔,可抑制脉冲TEA CO_2激光器输出波长的温度漂移,稳定激光输出波长。     

双调Q复合腔Nd：YAG—Cr^4＋：YAG激光器的研究

报道一种有实用价值的、构思新颖的双调Q，双波长输出的Nd：YAG-Cr^2 ：YAG激光器。在由两个平凹腔耦合而成的复合腔中，Cr^2 ：YAG晶体既作为可饱和吸收体对Nd：YAG发射的1．06gm激光被动调Q，又作为增益介质在1．06μm激光脉冲作用下发射中心波长1．44μm的激光脉冲。该激光器实现了1．06μm激光被动调Q和1．44μm激光增益调Q的双波长激光振荡．输出的1.06μm和1．44μm激光脉冲的能量和脉冲宽度分别为18mJ，52ns和0．25mJ，19ns；后者的脉冲宽度约为前者的三分之一。理论上，根据Cr^2 ：YAG的能级结构和复合腔特点，分析了双调Q的工作机理；从速率方程出发导出双调Q复合腔激光器输出的1．44μm激光脉冲宽度和腔内1．06μm激光功率的关系。1．44μm激光脉冲时间宽度的理论计算值(21．7ns)与实验结果(19ns)基本相符。     

高功率激光反射镜热畸变补偿结构设计与仿真

为了研究激光反射镜热畸变补偿结构的设计,在分析激光腔镜热变形行为的基础上,采用优化镜体结构,提出了一种减少入射激光光斑区域镜面热畸变的途径——热畸变自补偿激光反射镜,并与普通硅镜的热变形情况进行了比较.结果表明,当反射镜反射率为98%、入射激光功率为7kW、激光照射时间分别为2s,4s和10s时,普通硅镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.167μm,0.174μm和0.172μm;而热畸变自补偿激光反射镜镜面中心与光斑边缘处的热变形之差分别为0.092μm,0.052μm和0.027μm.该研究结果对提高高能激光腔镜热效应稳定性、改善高能激光光束质量具有一定参考价值.     

厚钢板激光焊接装置的研究

为满足激光厚板焊接对激光光束质量的要求,研制了多折非虚共焦非稳腔横流CO_2激光器以及厚钢板激光焊接装置。采用了外光桥、内光腔形式一级振荡,两级放大的非稳腔的光腔结构。多折非稳激光谐振腔结构可充分利用辉光放电区及其下游介质增益,获得足够大的高质量的激光功率输出。用有限元法,对该类型的激光谱振腔的特性进行了理论分析。分析结果表明,该多折非稳腔输出激光远场能量分布与多模激光能量分布相似,但非稳腔输出激光远场相位分布不存在180°跳变,因而能够将光束聚焦到厚板深透焊所需功率密度。焊接4mm的钢板,焊速超过了3.2m/min,深宽比大于2:1,焊接6mm钢板,焊速达2.1M/min以上,深宽比大于3:1,并可焊接8mm厚的钢板,通过试轧到0.3mm厚不断带,拉伸试验表明焊缝强度大于母材,说明焊缝具有良好的延展性和机械强度。     

变反射率镜非稳腔Φ20mm口径Nd：glass激光器研究

详细分析了高斯变反射率镜非稳腔的腔模和输出特性，给出了各阶横模的解析表达式。采用高质量的高斯变反射率镜在Φ２０ｍｍ大口径Ｎｄ：ｇａｌｓｓ激光介质上实验研究了这种腔的输出特性，获得了１０Ｊ级发散全角为０．１８ｍｒａｄ近衍射极限的高强激光束，该发散角只有相应普通非稳腔的１８％，同样泵浦时输出能量约为普通非稳腔的７０％。最后实验研究了这种腔结构的失谐灵敏性．     

Co2激光器腔外饱和吸收荧光稳频技术的研究

报导能获得十瓦量级稳频CO_2激光输出的腔外吸收室荧光稳频技术.给出获得窄而深的荧光凹陷的最佳气压范围为10～18Pa,对10.6μm带的P(20)激光谱线进行了闭环锁定,用鉴频曲线估计的频率漂移为3×10~(-9),稳频激光输出功率为10W.     

脉冲电光调Q 1.319μm Nd:YAG激光技术

Nd:YAG激光器输出的1.319μm激光在众多领域有重要应用,但目前研究重点集中在连续或准连续输出.采取对腔镜镀高选择性膜及使用色散棱镜等措施抑制1.064μm波长振荡、输出1.319μm激光,分别在自由运转及电光调Q两种情况下作了Nd:YAG激光器输出1.319μm波长的实验,得到调Q输出脉冲最大能量56 mJ,脉宽36 ns,斜效率0.2%,激光发散角2.5 mrad,输出能量不稳定度约4%,使用KTP倍频晶体得到660 nm红光输出.结果表明,用此方法实现电光调Q 1.319 μm脉冲激光及其倍频光输出切实可行,具有重要应用潜力.