激光快速成型系统新型能量源的研究

快速成型机的小型化、低成本化是当今快速成型机技术的主要发展方向。现有激光快速成型系统使用的激光光源大都是气体激光器。针对现有激光快速成形系统使用气体激光器存在的缺点,研究使用半导体激光器或光纤激光器的新型能量源来代替气体激光器。提出了使用高功率半导体激光器线阵和高功率光纤激光器线阵两种方案,并比较了利用此两种方案作为激光快速成型系统能量源的优缺点。     

双包层光纤激光实现20 W激光输出

高功率双包层光纤激光器是国际上新近发展的一种新型固体激光器件 ,它具有散热面积大、光束质量好、体积小巧等优点 ,同常规的体积庞大的气体激光器和固体激光器相比 ,均占有明显的优势 ,已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。最近 ,我们在原 4 .9W双包层光纤激光器研究的基础上 ,通过研究抽运源半导体激光器 (LD)的光谱特性对光纤激光输出特性的影响 ,改用中心波长约在 975nm的LD替代原 915nm的LD。通过不同抽运输出对耦合吸收效率影响的研究 ,改用准直输出的功率LD替代光纤耦合输出…     

LD侧面泵浦Nd:YAG无水冷调Q脉冲激光器

研制了一种新型泵浦结构的LD侧面泵浦Nd:YAG无水冷调Q全固态脉冲激光器.通过选取合适激光晶体,用每组12个LD厘米条构成的三列阵列管,按120°均匀分布,进行侧面泵浦.在泵浦光反向冷却套侧壁镀高反射金膜,使激光棒侧向均匀泵浦,实现低阶膜输出.用柱透镜聚焦,利用光线追踪法,通过计算机数值计算,获得合理参数,达到高效耦合.用半导体制冷器冷却,使内部热量及时散出,通过外部大热沉向空间散热,实现无水冷,保证激光器恒温工作.减小了激光器体积,提高了系统效率,获得波长1.06nm、脉冲宽度10～12 ns、最大能量98 mJ的低阶膜激光输出.     

低时间抖动的增益开关型被动调Q激光器

被动调Q激光器的输出抖动一般较大,为了降低这一输出时间抖动,同时实现激光器的小型化,可以根据增益开关工作原理,利用电源控制抽运功率密度变化,实现被动调Q情况下的增益开关.根据这一原理研制了环形激光二极管(LD)抽运增益开关调Q激光器.这种新型被动调Q激光器的输出能量为30 mJ,输出脉冲宽度约16 ns.实验中将传统的两套抽运源减少为一套,通过控制电源波形直接形成抽运功率的增益台阶脉冲,减少了影响时间跳动的因素.多发次统计测量结果表明,激光脉冲与电源输出外触发信号的时间抖动小于1 μs.根据测量的抽运预脉冲功率稳定性和阶跃脉冲的瞬时抽运功率计算的输出抖动与实验结果基本相符.     

线能量对奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响

为了研究线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响,采用高功率Nd:YAG激光器及焊接机器人对304奥氏体不锈钢薄板进行了激光焊接工艺试验,并使用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器重点研究了线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接焊缝成形和力学性能的影响.结果表明,线能量对焊缝成形、显微硬度及力学性能有较大影响,接头显微硬度分布不均匀,低功率时静拉伸强度最小值为671.67MPa,高功率时静拉伸强度最小值达780MPa.     

LD泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器实验研究

1.5 m LD泵浦铒玻璃被动调Q微型激光器是目前军事激光测距的研究热门,获得较高的激光单脉冲能量尤为重要。对以波长为940 nm的二极管激光器作为泵浦源,Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃作为增益介质,Co2+:MgAl2O4作为调Q晶体的微型化激光器进行了实验研究。为获得LD抽运铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q微型激光器的最佳能量输出条件,分析了影响LD泵浦被动调Q激光器输出单脉冲能量的因素,并对影响被动调Q微型激光器输出能量的泵浦条件,增益介质长度,输出镜反射率等参数进行了多组实验优化,最终获得了波长1.535 m,单脉冲能量113 J,脉宽6 ns,重复频率10 Hz,光束质量为1.2的稳定人眼安全激光输出。     

侧面紧耦合泵浦微型激光器研究

利用解析法分析了激光二极管（LD）侧面紧耦合泵浦固体激光器中泵浦光强分布特点,其增益分布与发光单元发光面处的束腰半径、激光二极管等间距环绕个数、泵浦源与晶体表面的距离、晶体棒半径和工作物质的吸收系数有关,通过调整泵浦参数可以实现中心强边缘弱的泵浦光分布。采用LD紧贴于Nd:YAG的紧耦合双侧面对称泵浦技术,对侧面紧耦合泵浦微型激光器进行了相关研究,实验上实现了激光二极管泵浦固体激光器（DPL）的微型化。     

能量因素对激光弯曲成形的影响

本文对金属薄板的激光弯曲成形进行了试验研究和数值模拟。试验采用2KW YAG激光器扫描纯铝薄板,完全在热应力作用下使金属板料发生弯曲。在不同激光功率、线能量和面能量条件下进行了激光弯曲成形试验,并建立了激光弯曲成形温度场的数学模型,对金属板料的三维瞬态温度场进行了模拟计算,在此基础上分析了变形温度和应变速度对板料屈服强度的影响及其相互之间的耦合关系,揭示了能量因素对材料温度特性、力学特性及弯曲角的影响特点。     

低能量激光治疗脱发及其相互作用机理研究

低能量激光对生物组织有好的生物效应,因此可以利用低能量激光对人体的相关穴位或者病灶进行照射产生积极的生物效应,以达到治疗的效果.采用波长为600～800 nm之间的半导体激光器(LD)设计了适合头部照射的治疗仪器,通过将近1年的实际治疗发现,这种激光照射穴位和病灶的理疗治疗方法能够达到一定的治疗效果.     

热畸变对单板条热容激光器输出的影响

开展了激光二极管(LD)抽运的全固态热容激光器的理论与实验研究,数值模拟了在热容工作条件下侧面抽运的Nd∶YAG板条激光器的热透镜效应,分析了热透镜效应对激光输出的影响,并进行了相应的实验论证。实验中采用的晶体尺寸为57mm×40mm×4mm,激光二极管阵列的抽运峰值功率为12kW,重复频率为1kHz,占空比为20%,为了获得较高的增益,将抽运光通过光学系统进行聚焦,抽运光在晶体侧面的光斑大小为15mm×57mm.实验中观察了1s内的脉冲能量输出的波动情况,在开始工作的时候单脉冲能量输出为1J,在1s后单脉冲能量输出下降到开始的50%。     

新型激光投影显示方棒照明系统的设计

以非成像理论中光学扩展量的传递规律为依据,给出了激光二极管(LD)阵列作为光源的新型激光投影显示系统中方棒照明光路元器件尺寸及入射光束孔径角的确定方法。选用3×8红光LD阵列作为光源,0.45inch(1inch=25.4mm)硅基液晶(LCOS)芯片为空间光调制器(SLM),应用光学设计软件Zemax给出了方棒照明系统的设计实例,包括LD阵列光源光束整形系统、方棒匀光系统、方棒中继系统的设计。结果显示方棒照明系统具有较高的光能利用率及较好的光斑均匀性。由此得出较高光能传递质量的新型激光投影显示系统中方棒照明系统的设计方法。     

双控声光调Q全固态红外激光器

研制出双控声光调Q全固态红外激光器。应用专门研制的双控驱动器,代替普通声光调Q全固态红外激光器中独立的激光二极管(LD)驱动器和声光Q开关驱动器。在双控驱动器中,抽运源激光二极管和Q开关都工作在与输出激光脉冲相同重复频率的间断工作状态。在每一个周期中,激光二极管在输出激光脉冲前的某一时刻打开,在输出脉冲后的适当时刻关断。声光Q开关在激光二极管打开前的某一时刻开始工作,在激光二极管关闭后的某一时刻停止工作。与普通声光调Q全固态激光器相比,在输出激光脉冲重复频率相同的情况下,双控驱动全固态红外激光器能耗减少50%以上,主要部件温升减少10℃以上,达到热稳定的时间减少到23%,用1 W的激光二极管抽运,得到了脉宽16.8 ns,峰值功率4 kW的无寄生脉冲的激光输出。     

LD抽运准三能级自倍频激光器的计算与分析

对二极管激光器端面抽运的准三能级自倍频激光系统进行了详细的理论研究。首先，利用准三能级的速率方程和缓变包络近似，从Maxwell方程出发，建立了准三能级自倍频激光器空间耦合波方程。然后结合典型二极管激光器抽运Yb：YAB激光器的相关参数，用计算机模拟了该激光系统的数值解，理论结果显示自倍频光和基频光受晶体的温度影响很大，当晶体温度升高时，激光输出迅速降低；在有效倍频长度内，分别存在不同的最佳晶体长度使自倍频光和基频光输出最大；同时也得到了自倍频光与基频光强度成二次方变化的普遍倍频规律。最后利用M^2因子对自倍频光和基频光的相对强度受抽运光光束质量的影响作了定量分析。     

光子晶体光纤压力传感器光源方案设计

文章推导出PCF压力传感器检测基本原理,设计出PCF压力传感器典型系统结构,分析了PCF压力传感器对光源的特殊性能要求,选择半导体激光器(LD)作为传感器系统光源。提出LD工作稳定性整体控制设计方案,采用路分析方法给出LD中噪声控制模块、功率控制模块、温度控制制模块和波长控制系统。在LD中通过噪声、功率和温度控制等能够有效保障LD工作稳定性,保障PCF压力传感器系统对压力测量的精确性。     

激光二极管双端抽运声光调Q高重复频率Nd:GdVO4激光器

激光二极管(LD)抽运的固体激光器(DPSSL)的调Q器件是获得高重复频率、高峰值功率的有效手段之一,随着激光雷达、激光加工业的发展,要求调Q器件向着更高重复频率的方向发展。Nd∶GdVO4以其优异的物理和激光特性,使得它在激光二极管端面抽运固体激光器的声-光(A-O)调Q器件中,即使在很高的调制重复频率下,仍可获得窄脉宽、高峰值功率的脉冲激光输出。理论分析了影响脉冲激光的输出能量和脉宽大小的决定因素,研究了脉宽、平均输出功率及峰值功率随调Q重复频率的变化关系。利用双激光二极管双端抽运Nd∶GdVO4晶体棒,实现了声-光调Q高重复频率窄脉宽1063 nm激光输出。在晶体入射端面总抽运功率约43 W条件下,当重复频率f=10 kHz时,获得脉宽Δt=10.2 ns,单脉冲能量E=0.95 mJ,峰值功率PM=93.1 kW的输出;在重复频率f=100 kHz时,获得Δt=28.1 ns,E=0.10 mJ,PM=3.6 kW的结果。     

高能半导体泵浦气体激光器

在重新梳理高能激光底层物理问题的基础上,指出半导体泵浦气体激光器将是未来高能激光器的重要发展方向,讨论了半导体泵浦气体激光器的基本原理和核心要求,并以半导体泵浦碱金属蒸气激光器为例进行了详细剖析,对半导体泵浦气体激光器的前景进行了展望。     

Applications and Technologies of All-Solid State Blue Laser

1 Introduction Along with the matureness of laser diode (LD) manufacturing technology, the performance of LD has been improved greatly since 1980s, so various kinds of laser devices based on LD have been developed rapidly, especially the all-solid state lasers. After early experiments and researches, the all-solid state lasers have been commercialized successfully.     

激光束远场能量集中度的评价指标探讨

以常见的三种类型的激光束,即非稳腔产生的环形激光束、稳定腔产生的高斯光束以及多路高斯光束的相干合成光束作为研究和讨论的对象,针对涉及能量集中度的应用,分析了现有各种评价指标的优缺点和适用性,并对评价指标定义中若干关键问题进行了分析计算。结果表明,激光束的亮度或靶目标上光斑能量密度是评价激光系统效能发挥的重要评价参数,该评价指标不仅可以用于衡量同一激光系统的光束质量,也可以客观地评价不同激光系统间性能优劣。     

大口径激光二极管阵列端面抽运耦合系统设计模拟

根据光线追迹原理,研究用于端面抽运的大面阵激光二极管(LD)抽运源的耦合系统设计。结合当前大口径激光二极管阵列常用的空心导管型耦合系统,分别从耦合效率、抽运强度分布、抽运光传输等方面,讨论大口径激光二极管阵列耦合系统的一般设计准则,提出了将激光二极管阵列单元平面排布改为球面排布的办法。针对100 kW激光二极管阵列,将子阵列作球面排布后,仅用一空心导管来汇聚抽运光,这种设计获得了传输性能优良的大区域均匀分布的抽运场,抽运场起伏小于5%,抽运强度大于20 kW/cm2,耦合效率98%,有效抽运区域内效率达90%。