高功率XeCl准分子激光系统前端平滑实验

为得到物面光强分布均匀、能量尽量大的部分相干XeCI准分子激光前端种子光,采用放大自发辐射(ASE)法和散射法开展了前端平滑实验研究.首先,基于一台窄脉冲XeCl准分子激光器,研究了种子光的物面光斑均匀性、能量和发散角随光束口径及物面位置的变化规律.然后,分析了影响种子光参数的因素.最后,进行了验证实验.实验结果显示:...     

高功率脉冲激光技术及其在工业领域的应用

简述了高功率脉冲激光器工作原理,着重介绍了调Q和锁模等关键技术,对高功率脉冲激光器在工业领域的应用进行了阐述,介绍了国内外激光产业发展情况,举例说明脉冲YAG激光其在美国、日本及欧洲的发展及应用,为我国高功率脉冲激光加工技术的发展及其在工业制造领域的应用提供了重要的参考。     

由级联紫外电光开关控制准分子激光的自发辐射放大

考虑高功率准分子激光系统的自发辐射放大（ASE）会导致主脉冲信号对比度下降,引起波形展宽和畸变,本文开展了级联双电光开关的研究来抑制ASE的产生并提高激光脉冲信号的信号对比度。探讨了电光开关的级联工作模式,分析了影响电光开关削波对比度的因素,进而提出采用级联工作方式来大幅度地提高削波对比度。在单电光开关的基础上,设计了级联电光削波的光路布局。其中,前一级电光开关的检偏器作为后一级的起偏器,电路则采用分立式以避免相互之间的串扰。采用级联双电光开关对低占空比预放大器进行了ASE控制实验。实验结果显示,级联双电光开关的削波对比度达到了104量级,而预放大器的放大输出信号对比度提高到106量级,此结果有利于激光脉冲信号在系统中后续放大级的进一步放大。     

不同材料的准分子激光修饰表面形貌的分形表征

采用准分子激光加工方法,在相同的工艺参数下加工了脆性材料（A1203陶瓷）和塑性材料（不锈钢、Q235钢）试件.采用分形理论研究了准分子激光加工的不同材料表面的分形特征,通过结构函数法计算了表面微观形貌的分形维数.结果表明：准分子激光加工的不同材料的表面形貌具有不同的分形特性,在相同的加工条件下A1203陶瓷材料表面的分形维数大于不锈钢、Q235钢等塑性材料表面的分形维数,表明脆性材料和塑性材料具有不同的准分子激光加工属性;准分子激光加工表面的分形维数随着激光扫描速度的增大而减小,随放大器电压和脉冲频率的增大而增大,表明可以通过改变加工参数得到不同的分形维数表面.     

准分子激光脉冲直写刻蚀速率与能量密度的关系

为了探索低成本、大深宽比加工方法,建立了实用的准分子激光微加工系统.以玻璃为实验靶材,用精密微动平台准确调节靶材位置,利用波长248nm的KrF准分子激光器,研究了准分子激光直写刻蚀过程中平均刻蚀速率与激光脉冲能量密度之间的关系.加工出的沟槽剖面形状均呈现锥型,单脉冲烧蚀速率随脉冲数的增加而减小,激光脉冲对材料的刻蚀具有能量阈值,加工槽的深度具有上限值.采用平行激光束或对加工过程进行动态控制还可实现矩形深槽或圆柱深孔的加工.     

准分子激光人眼像差矫正系统的研究

准分子激光人眼像差矫正系统旨在实现个体化切削,它不仅能进行正常的角膜屈光矫正,减少高阶像差,而且可以有效的克服传统准分子激光手术引起的球差、彗差以及其他高阶像差而导致的夜问视力下降、光晕、眩光及偏心切削等并发症。准分子激光人眼像差矫正系统包括主观式像差仪进行波前像差的测量、准分子激光系统进行像差矫正两大部分。描述了人眼波前像差的概念、成因以及表示的方法和测量技术;研究了准分子激光人眼像差矫正系统的原理;阐述了准分子激光飞点扫描、主动眼球跟踪、激光的恒能和闭环控制、激光脉冲光斑直径和均匀控制等关键技术。研究成果可直接用于准分子激光人眼像差矫正系统,目前正在进行临床实验,取得了良好效果。     

高功率准连续微秒脉冲钠导星激光

采用硼酸锂(LBO)晶体腔外和频Nd∶YAG 1 064nm与1319nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程,优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率,通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配,通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500,600,800及1000Hz条件下的和频输出特性,结果显示,该条件下分别产生了53,42.6,27及22 W的589nm激光输出,相应的和频效率分别为21.8%,20.3%,16.9%和16.3%。黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32,脉冲宽度为100μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频,实现频率的波动为±0.2GHz,保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。     

用于多光束精密聚焦的大型过渡锥体设计

根据高功率准分子激光打靶系统的要求,确定了18束激光的空间排布方式,在此基础上设计了用于安装聚焦透镜的过渡锥体。使用有限元分析软件ANSYS对过渡锥体在真空状态下的结构变形进行了模拟计算,根据结果计算出了理想透镜焦点的偏移量,在此基础上对过渡锥体进行了结构优化设计。设计了过渡锥体的独特支撑结构,采用该结构可以对过渡锥体进行六维调整并实现与靶室精密对接。实际物理验证实验表明,该过渡锥体调整方式设计合理、调整简单方便,真空条件下透镜焦点偏移量小于0.5 mm,完全满足多光束激光打靶物理实验的要求。     

高功率CO_2激光对远场HgCdTe探测器的干扰实验

理论分析和实验研究了高功率CO2激光对远场光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤。采用激光辐照探测器的温升理论模型,根据实验参数,讨论了高功率激光对长波红外探测器的损伤机理,计算了温升与辐照时间和功率的关系,并和CO2激光器在距离15km处辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行对比分析。实验结果表明,2.5kW连续CO2激光经过大气衰减后在15km处激光功率密度可达0.161W/cm2,计算可知此时会聚到探测器靶面处的功率密度为140W/cm2;靶面处功率密度为20.5W/cm2时,对探测器产生干扰;靶面处功率密度为110W/cm2时,达到损伤,计算此时探测器表面温度已达到Hg析出温度,这一实验现象和理论计算预期结果相吻合。实验结论对研究探测器的激光防护和激光干扰星载探测器技术具有指导意义。     

激光预处理技术及其应用

回顾了国内在激光预处理技术研究方面取得的进展。综述了基于激光预处理技术提升基频介质膜、磷酸二氢钾/高掺氘磷酸二氢钾(KDP/DKDP)晶体等光学元件抗激光损伤性能的机理、效果和关键技术。针对高功率激光驱动器中关键光学元件激光负载能力的提高,建立了大口径光学元件激光预处理平台,实现了基频介质膜元件的激光预处理工程化作业。比较了纳秒和亚纳秒脉冲宽度激光对DKDP晶体损伤性能的影响。基于亚纳秒激光预处理后,纳秒激光辐照至14.4J/cm2(5ns)尚未出现"本征"损伤的实验结果,提出了用于DKDP晶体的亚纳秒激光预处理方案,并指出亚纳秒激光预处理技术将成为高功率激光三倍频晶体抗激光损伤性能达标的关键技术。     

引信激光装定用脉冲半导体激光器电源设计

在引信激光装定系统中，针对引信装定信息时脉冲半导体激光器，电源激光频率可调（PFM）、功率可调（PPM）的要求，结合半导体激光器的工作特性，设计一种以单片机（MCU）为控制芯片，以晶体三极管与场效应管为窄脉冲驱动电路的大功率半导体激光器电源。同时为电源驱动电路设计了DC-DC变换器。其中，激光频率设置为连续可调，激光器的驱动电流6～30A连续可调。该电源已应用于引信激光装定系统中，通过仿真与实验验证，该激光器电源工作正常、性能稳定。     

用于纳秒级窄脉冲工作的大功率半导体激光器模块

介绍了一种将脉冲半导体激光器发射应用系统中脉冲整形电路、驱动电路、激光器保护电路、激光器集成封装成一个激光器模块的方式。当激光器工作于纳秒级窄脉冲状态下时,激光器封装引腿所产生电抗会使得耦合进激光器的脉冲波形劣化,能量损失。为得到上升时间短,波形半宽窄,峰值功率大的光输出,改进激光器管芯的结构并采用混合光电子集成的方式将驱动电路和激光器管芯封装在一个模块内,使得窄脉冲电信号高效地耦合进半导体管芯。分析验证了改进后的激光器模块的各项输出参数均得到改善。同等条件下,改进后的模块在光脉冲宽度为4.5ns时,峰值功率比单独封装激光器提高6倍多。此激光器模块可以得到宽度7ns左右,峰值光功率176W的光脉冲输出。测试了该模块在脉冲宽度为7ns左右的U-P曲线。     

高重频短脉冲输出的增益开关型Nd~(3+)∶YVO_4微片激光器

以直流偏置叠加脉冲电流驱动的半导体激光器(LD)作为抽运源,端面抽运Nd3+∶YVO4平-平腔微片激光器。利用增益开关技术,调节LD驱动电流的幅值、脉宽可改变输出激光的脉宽,改变LD驱动电流的重复频率可改变输出激光的重复频率,实现了单模稳定、可控高重复频率的小型、全固化短脉冲激光器,可作为理想的脉冲激光种子光源,应用于激光测距、激光雷达等领域。     

Process Characterisation of Pulsed Nd:YAG Laser Seam Welding

A wide range of pulsed laser welding parameters was identified. These include average peak power density (APPD), peak power, mean laser power, traverse speed, pulse repetition rate, duty cycle, pulse energy, spot size, and pulse duration. The type of laser beam temporal pulse shape studied was a rectangular power pulse. The effects of pulsed laser welding parameters on heat flow, weld dimension, and weldability are investigated. The study shows that weld quality is principally affected by APPD, mean power, and traverse speed, of which APPD is the most critical process parameter. A processing map containing the APPD effects is constructed as a guide for producing good welds.     

基于非线性偏振旋转锁模技术的光纤飞秒激光振荡器

基于非线性偏振旋转（nonlinear polarization rotation, NPR）锁模机制的光纤激光器因其结构紧凑、可靠性高而备受关注。基于这一锁模原理设计并搭建了掺镱光纤飞秒激光器。当双向泵浦功率为380 mW,在1 030 nm波段获得了基频重复率为22.8 MHz的锁模脉冲。脉冲宽度为224 fs,平均功率180 mW,单脉冲能量8 nJ,10 dB带宽约为40 nm,信噪比大于50 dB。该激光器采用环形腔结构产生稳定的锁模飞秒脉冲输出,可实现自启动锁模。泵浦功率增加到1.6 W可观察到最高三阶被动谐波锁模,三次谐波对应68.5 MHz重复频率。该激光器由于在线宽、脉宽、脉冲能量上的优势,在光谱测量、拉曼成像等领域具有应用意义。     

重复频率锁定的783 nm飞秒光纤激光器研制

设计并搭建了重复频率长时精确锁定的783 nm飞秒光纤激光器。该激光器基于全保偏非线性干涉环镜(NALM),实现掺铒光纤振荡器锁模脉冲输出,由与脉冲分离器级联的环境稳定掺铒光纤双级放大器进行功率放大,实现了平均功率1.30 W、脉冲宽度130 fs、重复频率77.1 MHz、1 560 nm脉冲输出;通过周期极化铌酸锂(PPLN)光学晶体倍频,获得了平均功率为0.52 W、脉冲宽度为140 fs、783 nm脉冲输出。通过重复频率监测及锁相环技术,进一步将掺铒光纤振荡器的重复频率溯源至参考铷原子钟,12 h内频率抖动峰-峰值为5 mHz、标准偏差为1.2 mHz。该激光器系统具有稳定性高、集成度高、体积小的特点。     

内置标准具光栅腔XeF(C-A)准分子激光器的线宽压缩

为了避免阳光背景干扰,针对XeF(C-A)蓝绿激光水下应用需求开展了激光线宽压缩实验以提高信噪比。采用内置标准具的光栅谐振腔开展相关实验。利用光栅腔实现亚纳米级的激光线宽输出,然后在此基础上,通过插入标准具进行更精细的激光线宽压缩实验。利用光栅腔,采用1 200线/mm光栅并提高光栅辐照面积可以实现0.14nm的激光线宽输出。腔内插入反射率为50%的标准具,可以进一步将激光线宽压缩至39pm,激光单脉冲能量约为65mJ,脉冲宽度为1μs。实验结果表明:尽管XeF(C-A)蓝绿激光器的增益系数较低,但是通过优化光栅和标准具的工作参数,对谐振腔光学损耗进行合理的控制,激光器可以实现10pm量级的激光线宽输出。     

智能变电站中OTDR系统激光脉冲电路的设计及应用

针对智能变电站的光纤通信延时测量问题,对智能变电站中OTDR的工作原理和光源器件进行了研究,分析了激光脉冲频率和脉宽对系统性能的影响。根据激光二极管的发光机理与特点设计出了一套基于STM32控制单元的适合智能变电站中OTDR工作的激光驱动电路,重点分析了驱动电路中的调制电流,考虑了驱动电路对激光器的保护,并利用所设计的激光驱动电路搭建了简易OTDR观察光纤的损耗特性。研究结果表明,该电路可扩大激光脉冲频率和脉宽的调整范围,实现激光脉冲宽度最小可达300 ns,脉冲频率最大为50 KHz,激光发射功率为3 MW;通过实验,验证了光在光纤中的衰减特性,证实了该电路能满足实际智能变电站中OTDR工作所需,具有一定的参考价值。     

毫秒激光金属打孔的解析和实验

研究了用毫秒脉宽的长脉冲激光单个脉冲打深孔的成形过程和打孔速率.首先,由切割法得到了1 ms脉宽的Nd:YAG高斯激光对厚铝板打孔时孔的形貌,激光能量为7.9和28.9 J时,对应的孔深分别为1.849和2.975 mm.根据实验建立了轴对称模型,通过热传导方程得到了固相温度的解析解.然后,假设物质一旦熔融就离开孔,由...