直接激射中红外固体激光器研究进展北大核心CSCD

3~5μm波段中红外激光在遥感、通讯、气体检测、医疗等领域有着广泛的应用前景。直接激射固体激光器具有原理简单、结构轻巧等优势,是3~5μm波段中红外激光产生的重要手段。目前,这类激光器按照增益介质分类可划分为基于Er^(3+)、Ho^(3+)、Dy^(3+)、Pr^(3+)等稀土离子掺杂的固体激光器以及以Fe∶ZnSe为代表的过渡金属离子掺杂的固体激光器。本文分别介绍这两类直接激射固体激光器近些年来的研究进展,并对它们的技术路线以及发展前景进行总结。     

中红外固体激光技术研究进展

波长在3～5mm波段的中红外激光由于处于大气窗口波段,同时又是众多原子及分子的吸收峰,因此在光谱学、医学、通信、遥感、环境监测及红外对抗领域有着广泛而重要的应用前景。目前,固体激光器实现中红外激光输出的途径按照工作介质划分主要包括以Fe:ZnSe晶体为代表的过渡金属掺杂硫族化合物激光器、以MgO:PPLN晶体为代表的光参量振荡器,及以ZGP晶体为代表的光参量放大器3种类型。本文分别介绍它们的技术路线及近年来的最新研究进展,讨论了高能高功率中红外固体激光器的关键技术问题,并对其发展趋势进行了展望。     

被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器理论研究

根据非线性薛定谔方程建立了基于可饱和吸收体被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器的理论模型,研究了中红外超短脉冲在掺Er3+氟化物光纤激光器中形成的物理机制,数值模拟了被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器中中红外超短脉冲的演化过程,重点分析了掺Er3+增益光纤长度,可饱和吸收体不饱和损耗对被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器产生中红外超短脉冲的影响,并给出了参数设置范围。研究发现:当小信号增益系数、可饱和吸收体不饱和损耗、腔内净色散量为一定值,掺Er3+氟化物光纤长度在一定范围时,才会出现稳定的锁模脉冲,且随着掺Er3+氟化物光纤长度增加脉冲宽度变窄、光谱变宽、峰值功率增高;当掺Er3+氟化物光纤长度、腔内净色散量、小信号增益系数为一定值时,可饱和吸收体不饱和损耗在一定的范围时可以得到稳定的锁模脉冲,且随着可饱和吸收体不饱和损耗的增加脉冲宽度变窄,光谱先变宽后变窄变化范围不大,峰值功率增加。     

高峰值功率光纤脉冲激光系统

报道了一种基于大模场光子晶体光纤放大的高峰值功率飞秒脉冲激光系统。该激光器系统采用光纤啁啾脉冲放大结构,种子源采用重复频率为40 MHz,脉冲宽度为500fs,输出功率为10mW的光纤激光器。利用体布拉格光栅(VBG)将脉冲展宽至500ps,经过多级放大并利用声光调制器降频为500kHz,然后采用大模场纤芯直径为40μm和85μm光子晶体光纤作为功率放大器,最后采用VBG压缩脉宽至767fs,得到平均功率为104 W的激光输出,其中心波长为1030nm,实现了峰值功率为0.271GW的近衍射极限激光功率输出。     

移动线形激光破岩耦合场仿真分析及实验研究

将激光技术与传统钻井技术相结合以实现高效破岩在油气开采领域具有极其重要的价值与前景。目前国内对静止点光束作用于岩石的破碎规律有一定的研究,而未对移动及不同形状激光束作用于岩石的破碎规律做相关研究。本文以实际钻井工况为背景,建立线形激光能量场分布数值模型,通过传热学相关理论建立了移动线形激光温度场分布数值模型。采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对移动线形激光作用花岗岩过程进行了热力耦合瞬态仿真,得到了移动线形激光作用花岗岩温度场的分布规律,以莫尔-库伦破坏准则为依据,仿真模拟了激光热应力作用下花岗岩的破损形貌。通过实验数据与仿真结果对比,验证了移动线形激光破岩温度场分布数值模型的合理性。由激光辐照前后花岗岩密度、孔隙度、单轴抗压强度的变化程度,得到了上述参数下激光对岩石损伤的相关数据,对合理匹配激光、机械两部分相关参数提供了一定数据支撑。