放电激励重复频率HF激光器稳定输出实验研究

在放电激励重复频率气体激光研究中,激光器重复频率运行能量稳定输出是提高其输出平均功率及其实用化的基础。利用实验室已建立的单脉冲输出能量焦耳级的放电激励重复频率脉冲HF激光装置,通过调节气体介质循环速率及优化实验条件,开展激光器重复频率运行稳定输出实验研究,获得激光器重复频率运行时能量稳定输出的最佳工作条件。研究结果表明,随着运行频率的上升,激光输出能量衰减较快;增大气体介质循环速率有利于改善放电稳定性,提高激光器重复频率运行时输出能量稳定性。当混合气体工作介质以3.5m/s的流速循环时,激光器可实现1～50Hz重复频率激光输出,在重复频率50Hz运行时稳定输出能量约130mJ,能量波动约5%。     

新型高重复频率脉冲CO2 激光器

报道了一种新型高重复频率的脉冲CO2激光器。该型激光器结构紧凑,激光器外型尺寸为300 mm300 mm300 mm,工作气体放电增益体积为12103mm3,谐振腔的长度为310 mm。为了获得大体积均匀稳定的气体放电,激光器采用了紫外电晕预电离方式。在激光器自由运转时,单脉冲激光的输出能量达到15 mJ,输出脉冲的半高全宽为70 ns。激光器采用紧凑型高速涡轮增压风机,在一个大气压的条件下,气流循环速度超过100 m/s,激光脉冲重复频率为1.5 kHz,采用大体积强迫冷却和气体主动置换技术,可以获得较长时间激光稳定输出。在已有的实验基础上,采用光栅调谐,可快速准确地实现高重复频率脉冲CO2激光器的谱线选支输出。     

100 Hz重复频率脉冲中红外HF化学激光器

基于自动紫外预电离的放电引发方式,研制出紧凑型闭环高重复频率非链式HF化学激光器。该激光器采用非对称电极结构,放电腔室的尺寸为12 mm×17 mm×460 mm。为了实现重复频率运行过程中放电区气体的快速置换,循环气体垂直于光轴流过放电区,气体流速约为9 m/s。当总气压为14 kPa时,在摩尔分数分别为92%和8%的SF_6和C_2H_6混合气体中,100 Hz重复频率脉冲HF激光器的输出功率为50 W。     

高重复频率的增益开关Nd3+:YVO4+KTP绿光激光器

为了设计一种可连续和脉冲双模式输出的绿光激光器,采用一只半导体激光器端面抽运Nd3+:YVO4+KTP胶合晶体,通过腔内倍频,获得光-光转换效率为19%的连续绿光激光输出.利用增益开关技术,改变注入激光器的电脉冲波形,可得到方波、正弦波或三角波的绿光激光脉冲输出;调节激光器驱动电流的幅度和占空比可改变输出激光脉冲的强度和脉宽;改变驱动电源的重复频率可以使输出绿光激光脉冲的重复频率连续可调,最大重复频率可达2MHz.在重复频率为560kHz时,获得了输出绿光激光脉冲宽度为74ns、峰值功率为285mW、振幅噪声小于%.研究表明,利用增益开关技术可以获得重复频率和窄脉冲宽度的绿光激光脉冲.     

高重复频率的增益开关Nd3+:YVO4+KTP绿光激光器

摘要：介绍了可连续和脉冲双模式输出的绿光激光器。用一只半导体激光器端面抽运Nd3+:YVO4+KTP胶合晶体,通过腔内倍频,获得光-光转换效率为19%的连续绿光激光输出。利用增益开关技术,改变注入激光器的电脉冲波形,可以得到方波、正弦波或三角波的绿光激光脉冲输出;调节激光器驱动电流的幅度和占空比可改变输出激光脉冲的强度和脉宽;改变驱动电源的重复频率可以使输出绿光激光脉冲的重复频率连续可调,最大重复频率可达2MHz。在重复频率为560kHz时,获得了输出绿光激光脉冲宽度为74ns、峰值功率为285mW、振幅噪声小于3%。     

重复频率放电引发的脉冲HF(DF)激光器

研制了一台重复频率放电引发的脉冲HF(DF)激光器,采用了横向放电、横向流动和侧面滑闪预电离结构,该激光器的有效增益体积为80cm×2.5 cm×2cm,最大输出激光脉冲能量1.6(1.2)J,重复频率1～3 Hz,采用特种碱性分子筛吸附剂对化学反应生成物进行吸收,激光器在准封离状态下以重复频率2 Hz运转,103个脉冲后激光脉冲能量仅有20%的下降.     

高功率Yb:YAG薄片激光器连续和腔倒空实验研究

研究了高功率Yb:YAG薄片激光器连续及腔倒空调Q输出性能。基于平面波理论,建立Yb:YAG准三能级激光连续运转模型,对薄片激光器的晶体掺杂和抽运结构进行优化。通过优化实验方案,研究半导体激光器抽运Yb:YAG薄片激光器连续输出性能,在抽运功率为199 W时,获得功率为100 W的1030nm激光输出,光-光转换效率为50.2%,斜率效率为56.8%。利用RTP电光调Q开光,搭建Yb:YAG电光腔倒空激光器,研究1030nm脉冲输出性能,获得了脉冲宽度为20.2ns的高重复频率1030nm脉冲激光,脉冲重复频率为10~100kHz,当重复频率为10kHz时,1030nm激光的最大峰值功率达到109.8kW。     

高重复频率电光调Q双波长激光器

高重复频率双波长激光器在远程激光测距、光电对抗、激光通信、激光雷达等领域具有重要的应用价值。为了获得高重复频率率双波长激光输出,首先通过高重复频率驱动电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,获得高功率、高重复频率、窄脉冲宽度的线偏振1.06μm激光输出。再利用内腔差频方式,对周期极化晶体钽酸锂(PPLT)进行差频变换,获得1.46μm和3.9μm双波段激光输出。在激光器电源抽运电流25A、调制频率10kHz时,实现40 W的1.06μm激光输出,泵浦PPLT晶体获得最高功率为2.6W的3.9μm和4.2 W的1.46μm激光,差频转换效率为17%。试验结果表明:通过高重复频率电光调Q技术和LD侧面泵浦技术,可以实现高重复频率、窄脉冲宽度1.06μm光输出,泵浦PPLT可获3.9μm和1.46μm双波长激光输出。     

用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统

研制了一台用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统。根据准分子激光器脉冲式放电的特点,设计了推挽式脉冲开关电源。实验研究了激光器脉冲重复频率、工作电压、气体寿命对激光输出能量的影响,并检测了激光输出脉冲能量的稳定性。通过自动反馈控制系统调整激光头放电工作电压实现输出激光能量的稳定。激光采用扩展型紫外液芯光纤传导,得到均匀性良好的治疗光斑,液芯光纤对308nm激光的传输效率约为70%。激光器脉冲重复频率1～200Hz,工作电压18～25kV,输出能量不稳定度小于4%。经光纤输出用于治疗的有效光斑直径22mm,脉冲能量密度2～3mJ/cm2。     

紫外预电离放电激励XeCl激光器的工作特性

进行了XeCl激光器工作参数优化实验,通过建立和分析XeCl激光器混合气体的动力学方程及模型,模拟计算了不同工作参数条件下,激光输出的瞬态过程,研究讨论了混合气体的配比和压强对准分子激光器的工作特性的影响,模拟分析了激光器最佳的运行参数.根据模拟结果对XeCl激光器的工作参数进行了优化调整实验,气体浓度配比设置为Ne/Xe/HCl=875/15/1,气体总压强设置为3.6×10~5 Pa,获得了单脉冲能量为180 mJ,脉冲宽度为30 ns的308 nm激光输出,脉冲重复频率为20 Hz,脉冲能量不稳定度小于5%.     

310 nm紫外固体拉曼激光器

利用偏硼酸钡（BBO）倍频晶体,实现了1064 nm激光泵浦金刚石拉曼激光器的高重复频率紫外激光脉冲输出。搭建了腔内倍频金刚石拉曼激光器,实现了620 nm激光输出。当1064 nm泵浦光的功率为4.0 W时,620 nm输出激光的功率为550 mW,转换效率约为13.7%。通过BBO晶体腔外倍频,获得了平均功率约为48 mW的310 nm紫外激光脉冲输出,脉冲重复频率为2 kHz,脉冲宽度约为761.8 ps,倍频效率约为8.7%。     

高效率放电抽运KrF准分子激光器

248 nm放电抽运KrF准分子激光器在微电子学和医学等领域有重要的应用价值。在大多数应用中,激光器的最大输出效率和能量都是十分重要的参数。为了提高激光器输出效率和能量,实现KrF准分子激光器的稳定放电,采用新型开关电源和结构紧凑的张氏电极,并通过优化储能/放电电容比例和工作气体配比等方法,研制出了一台小型高效率放电抽运KrF准分子激光器。研究了开关电源对充放电特性的影响,以及气体配比对激光输出效率和能量的影响。该激光器的各项参数相比以往的产品有了较大改善,可重复频率为1~80 Hz,输出效率最高达2.5%,最大单脉冲输出能量380 mJ;当工作电压高于25 kV时,激光输出能量不稳定度约为1.8%。     

2kHz重复频率紧凑型TEA CO2激光器

报道了一种高脉冲重复频率,紧凑型横向激励大气压CO2激光器.激光器使用紫外电晕预电离方式,放电均匀、稳定.自由振荡情况下,激光脉冲输出能量达到15 mJ,输出脉冲宽度为60 ns.气体高速循环系统采用涡轮增压技术,最高循环风速可达100 m/s以上,激光脉冲重复频率为2 kHz.     

实用型准分子激光器研究

本文介绍了实用型准分子激光器的实验研究。获得了XeCl准分子激光输出参数为:重复频率1-5Hz,一次充Xe,缓冲气体间断工作累计时间大于200小时,总脉冲次数大于5×10~5,工作中注入HCl气体。最大输出能量为120毫焦耳。讨论了准分子激光的输出特性。     

用于制作FBG的紧凑型准分子激光器的研究

248 nm的KrF准分子激光器在光刻、科研等领域有重要的应用。研制了一台用于刻写光纤布拉格光栅的准分子激光器,设计并完善激光器的机械结构,分析了激光器的均匀放电、预电离等关键技术。通过研究充电电压、工作气体配比和总的工作气体压力对输出激光能量和效率的影响,优化激光器的性能;并对光斑均匀性、光束发散角和能量稳定性进行了测试和计算。该准分子激光器的重复频率为1～50 Hz,最高输出效率达2.0%,单脉冲输出能量最高达360 mJ,当工作电压不低于24 kV时,激光输出能量不稳定度小于1.8%。用该激光器作为光源采用静态相位掩模法在光纤内刻写布拉格光栅,并对刻写结果进行分析和讨论。     

用于大气吸收测量的小型电激励连续波DF/HF选线化学激光器

介绍了用于大气吸收测量的电激励双模块小型连续波DF/HF选线化学激光器,描述了其结构、运转方式和激光器的性能。在采用一级振荡、一级输出的利特罗(Littrow)自准直光栅色散腔结构的前提下,激光器目前共获得17支DF激光谱线,11支HF激光谱线,大部分单谱线基横模输出超过1 W,单次连续出光时间超过30 min,功率稳定性在±5%以内。将激光器激光光栅改装为球面腔镜后也可输出多谱线DF/HF激光,功率水平为20 W,选模后基横模输出6~8 W。     

非链式电激励脉冲HF激光器

介绍了利用紫外预电离和横向放电结构建立的非链式电激励脉冲HF激光装置,对激光工作介质SF6/C2H6混合气体的放电特性以及不同气体总压和气体分数比条件下的激光能量变化进行了研究,并对激光脉冲信号和近场光斑的空间分布进行了实验测量.实验结果表明:混合气体的放电过程具有辉光放电、电压维持和电弧放电的阶段性特点.为获得最佳的激光输出,混合气体中的C2H6含量应控制在6%～8%之间,并且不同混合气体总压对应着不同的最佳充电电压.在充电电压为28kV、总气压为12 kPa、C2H6含量为8%时获得最大单脉冲能量为0.6 J,比能量输出达到8.5 J/l,激光器的电光转换效率约为2.5%.     

高功率放电引发非链式脉冲DF激光器

研制了一台放电激励重复频率运转的高功率非链式脉冲氟化氘(DF)激光器,采用倍压式储能电路及自引发体放电激励方式,在SF6和D2的混合气体中实现了体积为1.65 L的均匀辉光放电;凭借大流量离心风机提供的8.5 m/s风速实现了电极间工作气体的快速更新;运用介孔碱性分子筛完成对放电产物的吸附处理。实验研究了工作气体参数及充电电压对激光器输出性能的影响,在总气压8.1 k Pa,SF6与D2工作气体配比为8∶1,充电电压为43 k V时,获得了3.46 J的单脉冲能量,电光转换效率为3.12%,脉冲宽度为135 ns。在50 Hz时,获得了平均功率为150 W的激光输出,其脉冲幅值差优于±8%。实测远场发散角在水平方向和垂直方向分别为7.92 mrad和9.58 mrad,并采用DF激光谱线分析仪测试获得了22条激光谱线。结果显示,放电激励非链式脉冲DF激光器是获得高功率中红外激光的有效途径。     

高重复频率窄脉宽电光调Q Nd…YVO_4激光器

采用磷酸钛氧铷(RTP)电光偏转器作为调Q开关,实现了连续激光二极管(LD)端面抽运Nd…YVO_4的激光调Q运转。实验研究了输出耦合镜透射率不同、重复频率不同时激光器调Q的输出特性。当输出耦合镜透射率为60%,在5kHz重复频率运转时,获得了平均输出功率为1.22 W、脉冲宽度为1.0ns、峰值功率为244kW的调Q脉冲输出;当重复频率为20kHz时,得到的平均输出功率为2.67 W,脉冲宽度为2.2ns,峰值功率为60.7kW,对应斜率效率为37%,光束质量因子M2x=1.226,M2y=1.229。并使用磷酸钛氧钾(KTP)晶体对激光器输出的1064nm激光进行了腔外倍频,获得了重复频率为20kHz、平均输出功率为1.33 W的532nm绿光输出,倍频效率为50%。     

重复频率连续可调谐的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器

激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器因其高重复频率、短脉宽、高峰值功率等优点,在光通信、激光雷达、遥感监测、非线性频率变换、激光微加工等领域有着重要应用,然而目前Cr4+:YAG被动调Q激光器脉冲输出稳定性较差,而且重复频率调谐范围窄,限制了其在气溶胶的荧光分析、测距以及空间光通信等领域中的广泛应用。实验中采用预泵浦方式,在激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器中获得重复频率连续可调、稳定振荡的激光脉冲输出,重复频率连续可调谐范围为2 ~28 kHz,其单脉冲能量的不稳定性优于2.50%。其中,在重复频率为20 kHz时,获得脉冲宽度为2.431 ns,单脉冲能量17.6 J,消光比252:1的脉冲输出,其幅度不稳定度约为4.00%,重复频率不稳定度约为2.40%。此类宽频可调、稳定振荡的激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器有着广阔的应用前景。