寄生反射对高功率激光小尺度自聚焦的影响

寄生反射是影响高功率激光近场质量的重要因素之一。以Bespalov-Talanov理论为基础,重点分析了高功率系统中楔形光学元件的寄生反射引起的小尺度自聚焦效应,综合考虑了各个参数对纹波增长的影响。将反射光束与主光束的干涉叠加场进行了仔细分析,得出了干涉场在非线性增益介质中小尺度调制增益谱的表达式。针对小信号增益情形,数值计算了在钕玻璃片状放大器中,介质增益及传输距离改变的情况下小尺度调制的最大增益与放大器窗口楔角的变化规律。具体分析了放大器窗口的楔角与厚度对增益增长率的影响以及不同脉冲宽度的脉冲通过相同的窗口时,增益系数随脉冲宽度的变化关系。     

用增加频带宽度的方法提高钕玻璃高功率激光器输出功率的建议

限制激光束功率密度最重要原因是高功率激光引起的自聚焦效应。自聚焦的产生不仅依赖于Nd玻璃介质的n_2,也和激光束空间强度分布的平滑性密切相关,在不同频率的空间调制当中,小尺寸(～1毫米)的空间调制具有最大的危险性。而这种较高空间频率的主要来源是Fresnel衍射。为了消除这些衍射条纹,最近几年来已经广泛地使用软边光阑,空间滤波器以及象传递技术,这些改善光束质量,提高光束亮度的措施仅着眼于采用外部措施,而忽略了光束内部频带宽度对抑制自聚焦效应影响。我们用增加激光光谱宽度的方法消除高级Fresnel衍射,从而提高大功率激光系统的输出功率。     

ICF固体激光驱动器中光束自聚焦效应的理论研究和数值模拟

系统地研究了ICF固体激光驱动器中光束的自聚焦问题.(1) 建立了包括ICF固体激光驱动器中各种物理过程(衍射、Kerr 非线性、增益(损耗)、频率变换等)情况下的自聚焦方程;(2) 将Bespalov-Talanov关于小尺度自聚焦的经典理论推广到介质有增益(损耗)的情形,揭示了在介质有增益或损耗从而光强随传输距离变化的情况下小尺度自聚焦的特性;(3) 研究了光束在自聚焦点附近的动力学过程,揭示了光束的非傍轴和矢量效应对自聚焦的影响;(4) 建立了小尺度调制传输的自洽模型,发展了小尺度自聚焦的非线性理论;(5) 基于ICF固体激光驱动器中光束的自聚焦方程,利用分步Fourier变换算法编制了数值模拟程序,实际模拟了NIF, SG-Ⅱ和SG-Ⅲ中光束的传输行为.(OB17)     

大口径光学元件波前调制的PSD模拟分析

PSD(Power Spectral Density)作为一种新型、有效的评价参数已被广泛用于大口径光学元件表面加工质量评价.由于它具有在频域内对波前畸变进行描述的功能,使得在不同频率范围内对波前畸变分别进行分析成为可能,进而可以更有针对性的对中频波前畸变(造成小尺度自聚焦这类非线性危害的主要畸变频段)进行有效的控制.本文利用PSD的频谱描述功能对其进行了较深入的分析、运算,对高功率激光系统的激光波前以及不同的调制情况进行了初步的模拟计算.分别得到了不同调制频率和不同调制深度情况下的PSD曲线及其变化规律,初步明晰了PSD曲线对不同调制频率信息和不同调制深度信息的响应情况.(OH17)     

基于泵浦调制的高功率光纤激光器过冲抑制

分析了高功率光纤激光器过冲效应的产生机理,提出一种基于泵浦调制的过冲效应抑制方法,在线性恒流闭环负反馈技术的基础上实现泵浦调制,遏止光纤激光振荡器中“反转粒子”过量积累,最终抑制高功率光纤激光器的过冲效应,搭建了750W的光纤激光器系统,经泵浦调制后,1450W的激光过冲衰减了-2.86dB,达到额定功率缓升时间小于1ms,有效地抑制了激光过冲效应。     

增益介质中Compton散射对小尺度自聚焦的影响

通过对激光放大介质中多光子非线性Compton散射光小尺度自聚焦特性的研究,提出了小尺度自聚焦的非线性理论,并对小尺度调制方程、增益谱和成丝距离进行了修正.研究发现:散射光的临界频率和最快增长频率近乎是相同的,在介质增益下,散射光引起的非线性扰动最快增长频率和最大增长率与背景光强度和传输距离几乎无关.在一定输入和输出功率下,在散射光出现的初始阶段,它使背景光的能量、小尺度扰动最快增长频率、最大增益和相应的B积分迅速增大,调制谱的范围迅速加宽,成丝距离延长;之后,它们的变化几乎与散射光无关.     

块状均匀材料中自聚焦和自相位调制的变分分析

最近,Manassah等人(Opt.Lett.1988,13:1090)报道了块状均匀材料中脉冲激光自聚焦、自相位调制和衍射的同时效应。他们的分析基于无象差傍轴近似。在强光情形中,这种近似的误差很大。变分法的精度较高。我们用变分法分析了块状均匀材料中超快脉冲激光传输的自聚焦、自相位调制和衍射的竞争效应。修正了Manassah的错误结     

种子相位和强度同时调制抑制光纤激光放大器SBS的新方法研究

在高功率光纤放大器系统中,受激布里渊散射(SBS)效应由于其较低的阈值特性成为光纤放大器功率提升的首要限制因素。为了提高SBS阈值,提出了一种基于对入射种子光同时施加相位调制和强度调制抑制SBS的新方法。建立了光纤激光放大器中的SBS效应激励模型对该方法进行理论仿真。仿真结果表明,该方法可以在窄线宽激光输出的条件下显著提高光纤激光放大器中的SBS阈值,在对20 W入射种子光同时施加100 MHz,10 V的相位调制和10 MHz,4 ns的强度调制后,放大器输出功率可达1127.4 W,为单频光SBS阈值的18倍。     

非线性增益介质中的小尺度自聚焦特性分析

由光束在吸收 (增益 )介质中传输的非线性近轴波方程 ,推导出了光束在两种介质中传输时 ,由于小尺度调制的非线性增长所引起的小尺度自聚焦所满足的微分方程。进而讨论了光束在增益介质中传输时产生的小尺度自聚焦特性 ,得出了其截止频率、最快增长频率、纹波的积分指数增益等特性随各参量的变化 ,并推出了小尺度自聚焦产生的最小传输距离     

圆孔衍射调制强激光非线性传输实验研究

实验研究了圆孔衍射调制下的强激光在克尔非线性介质中的传输特性。观测了小尺度自聚焦效应引起的多细丝形成、单根细丝演化以及细丝之间相互作用过程。结果表明:在非线性传输过程中,衍射调制光束在空间特定位置出现调制增长,导致光束分裂形成多路细丝;单根细丝的强度并非无限增长,而是达到一定值后通过锥形发射释放多余能量,同时与背景光相互作用形成新细丝;相距较近的细丝之间通过干涉相互作用,使其在附近区域形成新的细丝。     

Effects of nonlinear propagation on laser focusing properties

In a high-power laser system both the nonlinear growth of small-scale spatial irregularities on a pulse (beam breakup) and the accumulation of self-induced phase-front distortion on the spatial envelope of the pulse (whole-beam self-focusing) alter the focusing properties of the system output. We present experimental results which show simultaneously and in detail the influence of these two effects on the spatial and temporal profiles of the focused output of a simple system. in an extreme case the focused on-axis intensity is observed to be reduced by beam breakup to 20 percent of the value obtained in the absence of breakup. Diffraction code calculations of whole-beam self-focusing, which in these experiments tends to enhance the focused on-axis intensity, are found to agree closely with the measured results and demonstrate that whole-beam self-focusing effects depend strongly on the plane being observed.     

高功率GTWave光纤激光器研究进展

高功率GTWave光纤激光器是目前光纤激光器研究的一个热点。介绍了GTWave光纤的结构,并回顾了国内外高功率GTWave光纤激光器的研究成果,可以看出,国内外GTWave光纤激光器的发展极其迅猛,其功率扩展能力非常强、结构设计非常灵活,输出功率远高于其他光纤激光器;同时,对比分析了高功率GTWave光纤激光器的特点和优势,并对今后的研究进行了展望。     

锑化物中红外单模半导体激光器研究进展

锑化物材料因为其天然的禁带宽度较小的优势,是2~4 m波段半导体光电材料和器件研究的理想体系。近年来,国内外在锑化物大功率半导体激光器方面的研究取得了很大的进展,实现了大功率单管、阵列激光器的室温工作。然而,由于锑化物材料与常见的半导体单模激光器制备工艺的不兼容性,只有少数几个研究单位和公司掌握了锑化物单模激光器的制备技术。文中介绍了锑化物单模激光器常用的侧向耦合分布反馈激光器的基本原理,分析了其设计的关键技术,回顾了锑化物单模激光器的设计方案和制备技术,并针对国内外锑化物单模激光器主要研究内容进行了总结。     

高功率单频掺铒光纤激光技术研究进展（特邀）

近年来,在相干探测、激光雷达、激光冷却以及引力波探测等领域应用需求的驱动下,窄线宽、低噪声的高功率单频掺铒光纤激光技术成为国内外光纤激光技术领域的研究热点。简要介绍了近些年高功率单频掺铒光纤激光技术的研究进展,包括单频掺铒光纤激光器和高功率单频掺铒光纤放大器,分析了高功率单频掺铒光纤激光的发展趋势和面临的挑战,并对下一步的发展方向进行了展望。     

Modeling of the performance of high-power diode amplifier systemswith an optothermal microscopic spatio-temporal theory

We present a detailed theoretical analysis of the dependence of spatio-temporal carrier and light field dynamics of high-power diode amplifier systems on their geometry and facet reflectivities as well as on the spatial and spectral characteristics of the optical input beam. The basis of the numerical modeling is the Maxwell-Bloch equations for spatially inhomogeneous semiconductor lasers which are self-consistently coupled to the nonequilibrium temperature dynamics of the electron-hole plasma. They microscopically describe the interaction between the optical fields, the charge carriers, and the interband polarization. Our numerical modeling allows an identification of the influence of dynamic internal laser effects such as diffraction, self-focusing, scattering, carrier diffusion, and heating on the performance of broad-area or tapered amplifiers (e.g., far field, near field). It thus provides a means of optimizing the epitaxial structure and geometry of high-power diode amplifier systems     

高功率光纤激光器发展概况

高功率光纤激光器以其优越的性能和超值的价格,在光通信、印刷、打标、材料加工、医疗等领域有着广阔的应用,将会很大程度上替代传统激光器,并开辟一些新的激光应用领域,扩大激光产业的规模.概述国内外高功率光纤激光器的发展历史与现状.展望了高功率光纤激光器的发展前景.     

半导体激光器散热技术研究及进展

在半导体大功率激光器的各种关键技术中,散热问题的解决是一个极其关键的技术。因为半导体激光器能产生很高的峰值功率,这些器件的电光转换效率为40%~50%,即所输入的电能50%~60%都转换为热能。在管芯焊接的地方产生的热流量大约为1KW.cm-2。这种热负载是限制激光器正常工作的关键因素。半导体激光器列阵与叠阵散热问题解决会直接关系到激光器的使用寿命,导致激光器有源区温度的迅速提高,从而引起激光器的光学灾变,甚至烧毁半导体激光器。大功率激光器列阵及叠阵在高功率的二极管泵浦固态激光器(DPSSL)系统中有很大的应用,市场发展潜力很大。因此,有必要发展大功率激光器列阵及叠阵。随着大功率激光器列阵及叠阵的迅速发展,与其有关的关键技术也应该加以研究。     

高功率固体激光和工业应用研究的进展：柏林固体激光研究所访问随笔

本文对柏林固体激光研究在高功率固体激光和工业应用方面的最新进展，包括高功率板条，管状和二极管泵浦固体激光器，光学谐振腔，激光光束质量诊断，以及高功率固体激光材料加工等，作了报道。     

Actively Q-switched fiber lasers: Switching dynamics and nonlinear processes

The Q-switching characteristics of actively Q-switched fiber lasers, especially the inconsistency of experimental observations with traditional Q-switching theory, are reviewed first in this paper. Based on a few typical high-power Q-switched rare-earth-doped fiber lasers, the switching dynamics in the linear and ring fiber cavities is then systematically illustrated under different fiber, pumping and switching conditions by using the traveling wave method, which leads to a new understanding of Q-switched fiber lasers. In particular, the switching-induced perturbation and its influence on the Q-switched outputs are emphasized, and some experimental demonstrations are shown for the purpose of comparison. Nonlinearity is an important concern in these lasers due to the high-power optical pulses confined in small fiber cores. In the second part of this paper, some nonlinear effects, such as self-phase modulation (SPM), four-wave mixing (FWM), stimulated Raman scattering (SRS) and stimulated Brillouin scattering (SBS), in Q-switched fiber lasers are discussed. In particular, their temporal and spectral influences on the Q-switched outputs are analyzed experimentally and theoretically. These theoretical analyses and experimental demonstrations provide a complete picture of the switching dynamics and optical nonlinear processes in Q-switched fiber lasers, and are hence important for laser optimization and control.     

高频大功率InGaAsP/InP SPB-BC激光器

在普通掩埋新月型激光器的基础上,提出了一种高频大功率的InGaAsP/InP激光器结构——选择性质子轰击掩埋新月型(SPB-BC),并对激光器结构模型进行了理论分析。采用p-InP衬底,最大输出功率为80mW。500μm腔长激光器,它的调制带宽可以达到6.0GHz。