非稳腔激光光束质量的评价的几个问题

本文讨论了研究光束质量的目的意义，认为测量光束质量的实质，是在能量守恒前提下，确定光束的传输方程，分析了虚共焦非稳腔环孔激光 远场衍射特性，环孔衍射产生的中心亮斑比同样孔径的圆孔衍射中心亮斑细小，但强度低。环孔越窄，中心亮斑越细小，强度越低，大部分能量都分散到侧瓣上去，能量集中度下降，远场发散角增大。     

高功率激光器的光束质量及其对激光加工的影响

本文介绍了光束的模式、评价光束质量的几种方法,着重介绍了国际标准化组织(ISO)提出的光束传输系数M作为评价光束质量的方法。文中还讨论了光束质量对焊接、切割加工的影响;热透镜效应对加工的影响等。     

强激光输出窗口热行为对光束质量的影响

为了研究强激光输出窗口热行为对光束质量的影响,从Strehl比的普遍公式出发,推导出热变形情况下考虑材料折射率温度效应的Strehl比计算公式和远场强度分布公式。计算并分析了蓝宝石、石英、单晶硅组成的窗口镜的热变形对光束质量的影响。激光功率越高,引起的窗口的热变形越显著,使得Strehl比和远场归一化强度越低,因而光束质量越差;在考虑到材料折射率的温度效应时,在相同的激光辐射条件下,蓝宝石的Strehl比随激光功率的变化较平缓。结果表明,高功率激光器的窗口热变形及其基片材料折射率的温度效应对远场光束质量具有较大的影响。     

中红外高功率激光系统强光元件热损伤特性

依托闭腔式氟化氘中红外高能激光器,测量了元件表面污染物在连续波高能激光(3.16 k W/cm2)辐照下的温度,测量发现污染物在1s内达到了热平衡,温度维持在1 720 K;建立了描述强光辐照下污染物热平衡过程的物理模型,分析了污染物导致强光元件热损伤的物理机制;研究发现污染物的尺度对强光元件的热损伤具有重要影响.对于中红外高反射强光光学元件,若污染物的尺度小于20μm一般不会造成强光元件的损伤,若污染物的尺度大于200μm一般会导致强光元件的损伤.研究结果对于提高强光元件的抗损伤性能,保障中红外高能激光系统稳定运行具有重要意义.     

星间激光链路光源研究

星间光通信要求光源具有输出功率高，调制速率快的特点。目前的星间光通信系统大多采用了半导体激光器。近年高功率光纤激光器得到很快发展，以其优异的性能在很多领域正逐步取代半导体激光器。文章分析了几种激光器的性能，验证了光纤激光器用于星间光通信的可行性。     

高功率激光技术中的光束控制和相关问题

对高功率激光进行了研究。以平顶高斯光束为例,推导出了它通过无光阑和有光阑的近轴ABCD光学系统传输的解析表达式。给出了它的特征参数,包括光束传输因子(M2因子)、陡峭度(K参数)和桶中功率(PIB)并作了物理分析。最后,指出高功率激光光束控制应使光束在靶面上的功率/能量集中度、时间和空间波形、瞄准稳定性以及时间持续性等指标满足应用要求。     

高功率激光反射镜热变形补偿的实验研究

研制了一套由环形半导体温控片、半导体温控片温度施加机构和温度控制电路组成的反射镜变形动态补偿系统。圆形反射镜在环形温度控制下,产生曲率可变的内凹或外凸球面变形,由此补偿激光反射镜自身热变形或激光系统中透射元件热变形产生的离焦量。采用口径为50 mm,厚度为10 mm平面反射镜进行了“施温-变形”以及“辐照—施温-变形”实验,利用干涉仪对面形进行监测。获得了温度-面形变化曲线,镜体中心位移和温度保持线性关系,在50 ℃温度下,中心最大变形量超过2.5 μm,温度-变形系数为0.088 μm/℃。在激光功率162 W辐照下,反射镜的热变形补偿量由0.3 μm减小到0.08 μm,对系统中透射元件的热变形量从0.28 μm补偿至0.066 μm。     

内光路中大气吸收对远场光束质量的影响

采用桶中功率、β参数、像散参数、Strehl比和光束重心位置等参数描述远场光束质量,研究了在内光路中进行气体吸收对远场激光光束质量的影响,并与内光路中有横向吹风存在情况作了比较.用自编四维仿真程序进行了数值计算和物理分析.研究表明,随着吸收系数的减小或风速的增大,远场光束的峰值光强明显增强,可聚焦能力大大提高.但横向吹风会引起像散.     

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。     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

机载成像与高功率激光发射共孔径光学系统设计

机载定向能装置具有光学成像与高功率激光发射的功能.为了保证机载定向能装置有效工作,要求共孔径光学系统在保证尺寸小型化的同时,能够在大温度范围下高光束质量输出激光.这对系统光机设计提出了很高的挑战.本文建立了适用于机载球形吊舱的共孔径光学系统初始结构设计模型以满足小型化成像和高光束质量输出的需求,提出了一种系统优化设计方...     

高功率激光作用下光学元件非线性热效应研究

为了研究高功率激光作用下光学元件热效应的非线性特性对光束质量的影响, 基于热传导、热弹性力学、物理光学等基础理论, 采用有限元分析方法, 进行了高功率连续激光(功率密度约为500kW/cm2)作用下光学元件的温度场和位移场的计算; 分析对比了各个参数的非线性特性对光学元件热效应的影响; 探讨了不同材料、不同形状光斑辐照下的光学元件非线性热效应。结果表明, 高功率连续激光作用下光学元件所反映出的热学、力学和光学吸收存在着不同程度的非线性效应, 其强弱取决于光学元件材料、光斑形状等因素; 高斯激光辐照熔石英样品且吸收率为100×10-6时, 考虑物性参数和温度边界条件的非线性, 会引起表面最大温升16%的相对误差和表面变形峰谷值10%的相对误差。这一结果为开展与此相关的研究提供了一些新思路。     

Vulcan--A versatile high-power glass laser for multiuser experiments

This paper reports the design and characterization of the newly upgraded Nd:glass laser facility at the Rutherford Laboratory. Emphasis is placed on the unusual aspects consequent on its role as a multiuser facility, where reliability and flexibility are of paramount importance. The basic facility configuration is of two high-power laser systems in parallel-a six-beam laser for implosion experiments and a separate high-power single beamline for either X-ray backlighting diagnostics of implosion experiments or use in a separate single-beam target area. Additional flexibility is provided by remotely controlled changeover mirrors enabling groups of amplifiers to be used in different combinations for various energies and shot repetition rates. Either a mode-locked or aQ-switched oscillator can be selected to provide a range of pulse durations from 50 ps to many nanoseconds. Harmonic generation is used routinely to give a choice of wavelengths for different experiments. The six-beam system is normally run at the second harmonic, although the fundamental wavelength is also available, while the single-beam target area can use fundamental, second, or third harmonics.     

强激光辐照光学材料的热力效应研究

在建立强激光辐照光学材料物理模型的基础上,采用解析解的形式计算了高斯型连续激光照射圆柱形靶板的三维温度场以及相应的应力分布。分析了高斯光束作用时,环向热应力最大值及其作用时间的关系,指出三维时,“热扩散长度”的概念不再适合。通过数值分析给出了与特定参量相对应的拟合公式,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较,验证了理论模型的合理性。     

基于TEC的大功率LD恒温控制系统的研究

TEC存在功率有限、制冷效率低的问题,在用于大功率半导体激光器的温度控制时,常常无法达到所需的制冷效果.通过理论研究、软件仿真和实验验证,总结和提出了根据LD热负载选择TEC的理论依据和方法,以及与之匹配的大功率散热结构的设计优化准则.经实验验证,根据此原则设计的温控系统可在环境温度-40～55℃时,对30 W的LD实现恒温控制,温控范围20～40℃,温控精度0.5℃,实验结果表明此方法可以提高系统的整体效率,在设计大功率半导体激光器温控系统时具有一定的参考价值.     

强激光对光学薄膜的损伤机理

以光学薄膜在强激光照射下损伤机理的研究为目的，从实验和理论结构探讨了影响损伤阈值的因素及薄膜的损伤机理，从而提出了如何选择高阈值的薄膜的建议。     

Micro thermal management of high-power diode laser bars

Lifetime and reliability of high-power diode laser bars are sensitively related to operating temperature, mounting stress, and solder electromigration. These three factors have been taken into account for the development of a new packaging technology for 1 cm laser bars of gallium arsenide. We examine the use of chemical-vapor-deposited (CVD) diamond as heatspreaders in order to reduce thermal resistance of a microchannel cooler for liquid cooling. We show that it is possible to perform hard soldering on a CVD-diamond with a new technique. Additionally, we present a controlled water cooling system fit to the flow characteristics of the cooler. It permits one to adjust the emission wavelength of the diode lasers by changing the water flux     

Coherent optical communication with injection-locked high-power semiconductor laser array

Heterodyne FSK communication at 110 Mbit/s is demonstrated with an injection-locked high-power 20-stripe semiconductor laser array. It is shown that a high-power (>300 mW) coherent optical transmitter can be constructed without penalty in bit error rate performance.<>     

In situ spatially-resolved thermal and brillouin diagnosis of high-power ytterbium-doped fibre laser by brillouin optical time domain analysis

An in situ spatially-resolved diagnosis of thermal and Brillouin characteristics of a double-clad ytterbium-doped fibre (YDF) laser operating at 1.09 μm is demonstrated. For this a Brillouin optical time domain analysis technique based on 1.55 μm Brillouin pump and probe beams is utilised. A 2.4 K temperature difference across the YDF laser when it was running with 6.5 W pump power has been measured and resolved. Based on the measured thermal and Brillouin characteristics of it is expected the YDF, that the effective Brillouin gain coefficient would decrease by 20% for 1.09 μm radiation if an 80 K temperature variation is built up across it, as a result of the quantumheating by the pump power.