双侧对称抽运横流液体激光器的光束质量分析

为了提高横流液体激光器的光束质量,采用ANAYS软件分析了双侧抽运液体激光器的液体介质的温度分布,对不同流速条件下的非稳腔光场分布和光束质量M~2因子进行了数值计算。结果表明,存在一个使光束质量M~2因子较优的液体流速,并针对该类激光系统中增益和折射率梯度分布都关于抽运方向对称分布的特点,采用柱透镜补偿波前畸变效应,将光束质量因子由24降低到12.5,说明柱透镜补偿位相畸变能有效地提高液体输出光束质量。     

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。     

侧面抽运板条激光介质动态热畸变测量方法

研究了基于干涉测量激光介质热畸变的原理,利用CCD摄像机记录干涉条纹并通过计算机图像处理,来测量板条激光介质动态热畸变的方法。对采集得到的干涉条纹进行图像处理,提出了一种简单快速提取条纹中心的算法。通过分析、计算干涉条纹的移动,得到抽运过程中板条激光介质的动态热畸变情况,为动态补偿激光介质热效应提供了可能。实验采用了N31磷酸盐激光玻璃作样品,得到了加热过程中激光玻璃内部的温度分布,误差约为3%,验证了该测量方法的可行性。     

LD侧边抽运板条激光器的热效应

对LD侧边抽运的板条激光介质热效应进行理论分析与数值模拟,根据2.5 mm×14 mm×40 mm Nd∶YAG板条实物建立了相应的三维(3D)热模型,采用有限元方法分析并模拟了板条激光介质内部温度场和热应力的分布,给出在120 W抽运功率下板条激光介质的热畸变特性,估算了在不同抽运功率下热焦距的大小.在此基础上设计并封装了LD侧边抽运的板条激光模块,对该模块的热焦距进行实验研究,得到热焦距随抽运功率变化的测量曲线,实验结果与理论分析一致.     

激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2因子约为12×13。     

板条激光模块热致波前畸变自校正设计北大核心CSCD

为了解决板条激光器输出激光光束质量不高的问题,建立了激光在板条激光模块中沿"之"字形光路传输时的热致波前畸变模型。对热致波前畸变的分布特点进行了研究,并提出了一种减小热致波前畸变的方法。数值仿真结果表明,通过合理的光路设计,优化激光以同一角度两次进入板条介质时的位置偏移量,可以达到减小板条厚度方向上热致波前畸变的目的。     

热容模式下片状激光介质瞬态温度及热应力分析

为了研究激光介质热畸变对固体热容激光器的影响,数值计算了高功率激光二极管阵列抽运片状激光介质的瞬态温度场和热应力分布。结果表明,在相同的抽运功率密度下,激光介质中的温度分布和热应力分布不仅与激光介质几何构型及抽运光空间分布有关,还与抽运光斑在介质表面的填充因子密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。     

全固态激光直接抽运技术的发展和研究现状

如何有效地减少抽运过程和激光发射过程中激光介质内产生的热量,是全固态高功率激光研究过程中所面临的主要难题之一.与传统波长的抽运方式相比,采用长波长的直接抽运技术不但可使激光介质中产生的热量减少30%～5O%,而且还可显著改善激光的输出特性.以最常用的Nd3+激光器的研究作为切入点.简述了直接抽运技术的研究发展,介绍了直接抽运技术相对于传统抽运技术的优缺点以及目前的研究现状,最后对未来的发展前景作了初步分析和展望.     

激光功率密度对低浓度若丹明6G染料激射寿命的影响

把固体染料激光器工作介质激射寿命的概念推广到液体染料激光器中,同时提出了一种针对液体激光染料激射寿命的双激光光路测试方法.该方法使用波长为532 nm的Nd:YAG脉冲激光器作为抽运光来模拟染料激光器中的抽运条件,用波长相同的低功率连续激光作为监测染料分子在抽运光作用下失效速率的手段.利用半导体制冷器件,PID温控仪和水浴槽实现了液体染料的恒温控制.测量了激光平均功率密度从6.3×103～2.2×104 W/m2变化范围内R6G染料乙醇溶液的激射寿命.实验结果表明,染料的激射寿命与抽运光功率密度成反比,比例系数可以解释为染料分解一半时,分子单位吸收截面上累积的辐照能量.用该系数表征染料的激射寿命特征更具有普遍意义.     

热容模式下片状激光介质的热畸变

利用有限元数值方法,模拟计算了热容模式下片状激光介质的瞬态温度分布和热应力分布及其波前畸变和应力双折射。结果表明:激光介质中的温度分布和热应力分布与抽运光斑及介质的几何形状密切相关。当抽运光斑未充满激光介质时,介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中,并且介质中最大拉应力和表面的最大轴向位移随抽运光斑尺寸缩小而增大;而当抽运光充满介质时,表面是压应力,较小的拉应力存在于介质内部。介质变形和热光效应(折射率随温度变化)是产生波前畸变的主要原因。热应力双折射对光束产生较大的退偏作用,从而影响激光器的输出性能。     

薄片激光器低畸变冷却技术研究

薄片激光器的导热距离短,能显著降低热透镜效应,已经成为高功率固体激光研究的热点。然而,随着泵浦口径和泵浦功率的不断增大,热效应愈发严重,其造成的热致畸变成为限制激光器出光功率和光束质量的主要因素之一。针对大尺寸薄片激光器工作时热致畸变过大的情况,提出了基于非均匀冷却的微通道复合射流冲击的流道设计思路。基于该思路完成了中心辐射结构冷却器的设计,并借助流-固-热耦合仿真,研究了不同冷却器的流道结构参数对增益介质热致畸变的影响。实验结果表明,采用中心辐射结构的冷却器能将相同条件下的增益介质的光学畸变缩小50%。     

热容型板条激光器的感应折射率计算

高平均功率固体激光器的增益介质由于受热而容易发生畸变,如常用材料YAG,波前畸变和去偏振现象会同时发生,高热负载固体激光介质的热效应已成为制约激光器输出功率进一步提高的严重障碍。给出一种计算热容型板条激光器热感生折射率的方法。把YAG晶体的四阶压光张量从晶胞坐标系转换到实验室坐标系,采用经过坐标转换后的新的张量,可以分析在YAG激光器中任意应力分布引起的热感应双折射。进一步的计算表明,在zigzag板条激光器中,应力双折射率与板条从晶体毛胚上切割成材的角度有关。同时也对热容板条激光器的热效应和应力特性进行了二维的理论性概述。     

平面激光诱导荧光技术及其在紊流拟序结构研究中的应用

在平面激光诱导荧光技术（PLIF）原理的基础上，建立了一套平面激光诱导荧光系统，并将其应用于明渠紊流边界层拟序结构的研究，取得了较好的成果，实现了流动显示的定量测量。     

DFHF化学激光器喷管流动数值模拟结果

模拟得到了喉部具有不同等截面段长度的二维喷管流场 ,指出了音速线随该长度的变化规律和等截面段最佳长度。模拟分析了三种不同方法设计的喷管流场和性能参数 ,结果表明新方法设计的喷管具有合适的横向速度 ,提高了喷管对F原子“冻结”效率、纵向速度等性能参数 ;能防止喷管内边界层分离和激波产生。并根据数值模拟得到的速度分布型计算了边界层位移厚度 ,讨论了DF HF激光器上述三种喷管内边界层发展规律。     

中性盐溶液辅助激光加工试验研究

针对激光加工存在再铸层、热影响区(HAZ)的致命缺陷,提出了中性盐溶液辅助激光加工(SALM)方法,利用中性盐溶液对材料的热化学作用和持续冷却作用在线去除再铸层和热影响区.基于激光在中性盐溶液下衰减的特性研制了试验系统,并对0.5 mm厚的不锈钢片进行了打孔试验,通过对该方法与空气中激光打孔(LBM)加工效果的比较,证实了中性盐溶液辅助激光加工的可行性.试验结果表明,随着盐溶液浓度及流速的增加,中性盐溶液辅助激光加工对于再铸层和热影响区的去除效果越明显;流速5 m/s,质量分数为20%的NaCl溶液辅助激光加工可实现再铸层的厚度减少80%,热影响区的范围缩小90%以上.     

激光同轴送粉喷嘴射流场研究

激光同轴送粉喷嘴是激光直接制造系统中核心部件之一,喷嘴的保护气体流场对金属粉末的流动和零件材料的性能影响较大.研究应用粒子图像测速(PIV)技术测量激光同轴送粉喷嘴轴截面保护气体的流场,并对此进行了相应的计算与分析.结果表明,喷嘴三个喷口之间的壁厚对喷嘴附近的流场影响较大,促使喷嘴喷口处产生两对对称旋涡,不利于粉末的输送和聚焦.喷嘴的三个喷口的喷出气流速度一致时,速度界面的湍流扩散和动量交换较小,将产生一个有利于输送金属粉末的稳定流场.     

基于氮化镓的通信波段可调DFB激光器的研究

为了利用悬空的周期可调光栅控制激光器的波长输出,采用了微机电系统技术中微驱动器与分布反馈激光器光栅相结合的结构,根据严格耦合波理论和介质平板波导理论,针对光通信的C波段,利用有限元软件COMSOL,建立了基于氮化镓的波长可调分布反馈激光器2维稳态模型。分析了1550nm处2维电场模式图以及激射波长线宽图,得到了激射波长与光栅周期的对应关系。结果表明,在光栅厚度、高度以及增益层厚度等结构参量一定的情况下,激射波长与光栅周期呈现与理论分析基本一致的似线性关系。该研究为该器件设计以及制备的后期工作开展提供了理论指导意义。     

亚声速横向球/柱流场对激光传输影响的数值模拟

采用大涡模拟的方法计算了来流速度为0.5~0.7 Ma情况下横向球/柱形结构附近的流场,给出了密度和光程差的统计结果,并采用相屏法研究了几种流场对激光传输的影响。结果表明:密度扰动均方根和光程差均方根随着来流速度和发射孔径的增加而增大;Ma从0.5增至0.7时,孔径为0.5 m情况下,密度扰动均方根增长了90%,孔径为0.25 m情况下,光程差均方根增长了90%;Ma=0.6情况下,孔径从0.25 m增加到0.75 m时,两个参数各增加了4倍。激光Strehl比随来流速度和发射孔径的增大而减小;发射孔径为0.25 m情况下,随着Ma从0.5增加至0.7,Strehl比从0.236下降至0.045;Ma=0.6情况下,发射孔径从0.25 m增加至0.75 m过程中,Strehl下降了90%。     

探测光波长对太赫兹波电光取样探测技术的影响

由于太赫兹波电光取样探测技术中电光晶体存在的色散关系, 探测光的波长会直接影响到电光取样的探测带宽和效率.由于该色散关系的存在, 不同的电光晶体在电光取样中响应函数不同.本文研究了两种典型的电光晶体-碲化锌和磷化镓晶体的响应函数, 发现在选取的四种探测激光波长内(600 nm、800 nm、1200 nm、1600 nm), 800 nm的探测激光更合适碲化锌晶体, 1200 nm的激光更合适磷化镓晶体.对于不同厚度的晶体, 存在一个最优化的探测激光波长, 使得该晶体的电光响应函数有最宽的带宽.     

Numerical analysis of fluid flow of rotating squared crystal in the pulling method and its effect on growth shape

A numerical analysis of the effect of a rotating squared crystal on the environmental solution flow in the pulling method was performed. These calculation results show a drastic change in the velocity boundary layer thickness around the squared edge at a certain condition. This velocity boundary layer thickness has generally a strong relation with a solute boundary layer thickness and that corresponds to the difference of the crystal growth rate. We calculate the crystal surface spiral ledge growth rate assuming typical BCF model and with the different solute boundary layer thickness at different positions. This solute boundary layer thickness difference brought different ledge growth rates. We calculate ledge growth rate in the case of the small solute boundary layer thickness near the spiral center and large thickness far from the spiral center. At the region of the two solute boundary layer thickness exists, the higher growth rate ledge that located near the spiral center about to reach the far located and low growth rate ledge. So as a result, the ledge spacing becomes smaller at the boundary of the two different thickness boundary layers.