重复频率3Hz、100mJ高光束质量钕玻璃放大器的研制

研制了具有放大纳秒方形激光脉冲的高光束质量、高稳定的激光二极管(LD)抽运的钕玻璃激光放大器。为了获得较高的输出能量,采用LD泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,使之产生特定的空间分布,进而对后级放大器增益不均匀性进行光学预补偿。放大器工作波长为1 053nm,工作频率为3 Hz,输入1nJ的3ns方形激光脉冲,输出激光脉冲能量为100mJ、光束口径为10mm×10mm的方光斑,能量不稳定度小于2%(均方根),净增益大于109。光束的近场调制度小于1.3∶1,远场焦斑衍射极限小于2DL,远场角漂移小于9.5μrad。     

百焦耳级有源反射镜钕玻璃激光放大器

搭建了一套氙灯抽运的有源反射镜钕玻璃激光放大器系统。实验研究了有源反射镜钕玻璃激光放大器的增益特性及能量提取。钕玻璃几何尺寸为380mm×160mm×30mm,掺杂浓度为2.2%(质量分数)。充电电压为23kV时,实验测得系统的小信号增益系数为0.056cm-1,储能效率为2.0%。充电电压为22kV时,输出激光光斑尺寸为126mm×126mm,脉冲宽度为5ns;预放注入能量为6.67J时,激光放大系统获得最大为349J的能量输出。系统静态波前峰谷(PV)值为8.38λ。     

70倍高增益激光二极管阵列侧面抽运钕玻璃放大器

对侧面抽运模块的抽运结构进行了优化,采用漫反射腔设计,利用3个激光二极管阵列(LDA)旋转对称抽运尺寸为Ф2mm×75mm,掺杂原子数分数为4%的钕玻璃棒。钕玻璃棒两端面镀有在1053nm高透率为99.8%的增透膜,为消除放大的自发辐射(ASE)光振荡,钕玻璃两端面采用1.5°倾角设计。放大器采用集体制冷,产生的热量由在热沉中流动的去离子水带走。能量10μJ,工作频率1Hz,脉冲宽度3ns,输出波长1053nm的种子激光经过钕玻璃放大器后,在抽运功率为8.2kW,抽运脉冲宽度为400μs时达到了70倍的稳定高增益,放大器的荧光分布均匀,脉冲波形图放大后无畸变。     

LDA侧泵Nd玻璃的高光束质量激光放大器研制

研制了一台高光束质量、高稳定的基于激光二极管阵列(LDA)侧泵Nd玻璃的纳秒方形激光脉冲放大器。为了获得较高的输出能量,采用LDA泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。同时,为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,以便得到超高斯平顶分布的光束,并对后级放大器增益不均性进行预补偿,最终得到了光束口径为Φ13mm、光束近场调制度小于1.22∶1的激光输出。放大器工作波长为1 053nm,当注入500nJ的3ns方形激光脉冲时,得到无脉冲畸变激光脉冲能量为100mJ、能量不稳定度为2.14%(均方根)和远场角漂移小于11μrad的高光束质量激光输出。     

高稳定高性能皮秒光参量放大器抽运源研究

结合短脉冲光参量放大抽运源的需求,基于固体放大技术,对光纤锁模激光器输出的6nm带宽皮秒纳焦耳级激光脉冲进行放大,获得了6.2mJ的基频以及3.0mJ的倍频输出,输出脉冲的时间宽度为8.6ps,倍频光峰值功率密度为4.94GW/cm2。采用高增益的Nd3+…YLF再生放大器做前级放大器,利用其光谱增益窄化效应获得窄带的高功率光参量放大抽运光。理论计算表明,在此增益条件下,输出激光的光谱将被窄化至0.3nm。采取了合理的空间整形方案,输出激光的近场呈平顶分布,光束质量优良。再生放大器采用钢棒结构,降低温度变化对系统稳定性的影响,总能量输出稳定性优于1%(RMS)。     

2.09μm纳秒钬激光抽运的磷锗锌光参量振荡器

高脉冲能量中红外激光在远程大气探测和目标识别中有着重要的应用,为了获得高脉冲能量的中红外激光输出,选用自主生长的ZnGeP2(ZGP)晶体作为中红外参量非线性晶体,晶体采用Ⅰ型相位匹配,切割角度为55°,利用自行研制的2.09μm La3Ga5SiO14(LGS)电光调QCr,Tm,Ho…YAG激光器作为ZGP光参量振荡器(OPO)的抽运源。光参量振荡器采用对抽运光具有反射的双程抽运结构以提高转换效率,采用脉宽约35ns的2.09μm调Q钬激光直接抽运ZGP-OPO,在单谐振振荡结构下获得了脉冲能量为5.9mJ的4.8μm中红外激光输出,光-光转换效率为13.1%,斜率效率为17%;在双谐振振荡结构下获得了脉冲能量为9mJ的3.7μm和4.8μm中红外激光输出,光-光转换效率为23.9%,斜率效率为26.7%。     

量子阱激光二极管泵浦单块Nd∶YLF激光器

用多量子阱激光二极管列阵(MQW-LDA)泵浦单块Nd:YLF激光器,脉冲工作,获得1.047μm的线偏光输出。阈值泵浦功率6.8mW,斜率效率为24％,输出脉冲能量达6.7μJ;用增益开关获得50mW的峰值功率输出。理论计算了泵浦阈值、斜率效率,获得了增益开关的数值解结果,与实验基本一致。     

基于液晶空间光调制器整形的重频100mJ全固态1053nm钕玻璃激光放大器(英文)

介绍了所研发的一台放大纳秒激光脉冲的高光束质量钕玻璃激光放大器。该放大器采用了多级LD泵浦与液晶空间光调制器进行整形相结合的技术,光束传输遵循抑制衍射、主动控制与补偿及空间滤波的原则。在重频为1 Hz时,将注入的3 ns、1 nJ的方形激光脉冲能量放大到115.3 mJ,能量净增益109倍,输出激光的能量分散度小于2%,光束的近场调制度小于1.23:1,远场光斑的角漂移小于9.8μrad,远场光斑的衍射限小于2DL。     

信号光脉冲比抽运光窄12倍的内腔式KTP光参量振荡器

在闪光灯抽运的非稳腔Nd∶YAG被动调Q激光器腔内,放置非临界相位匹配KTP晶体,构成内腔式单谐振KTP光参量振荡器(OPO)。研究了输出信号光的波长调谐性能,获得1.57~1.60μm可调谐激光脉冲。实验结果表明,1.57μm信号光的输出能量随着光参量振荡器腔长的增加而减少,脉冲宽度随着腔长的增加而有所变化;抽运能量较大时,转换效率随着抽运能量的增加趋于饱和然后逐渐下降;对此给予了合理的理论解释。当光参量振荡器的腔长为5 cm,1.06μm抽运光脉冲宽度为30 ns时,输出的1.57μm信号光的脉冲宽度为2.5 ns,能量为21.3 mJ。1.57μm信号光的脉冲宽度仅为1.06μm抽运光脉冲的1/12,总的电光能量转换效率为0.128%。     

英国将脉冲气件光激射器应用于焊接与加工微型电路元件

自1960年以来,光激射器即被应用于焊接与加工上,所用的光激射器为脉冲红宝石和掺钕玻璃装置。输出能量1~100焦耳,脉冲长度为50毫微秒~1毫秒。     

C波段高效风冷大功率速调管

叙述了一支C波段高效风冷大功率速调管的设计,并给出了实际测试结果,在50 MHz带宽范围内,峰值输出功率大于250 kW,效率达到50%以上,增益50 dB左右。     

High repetition rate, wide-aperture KrF lasers for subpicosecondamplification

A high repetition rate, wide-aperture KrF laser with a magnetic switch has been developed. A dynamic response and a core loss of several magnetic materials were measured, resulting in a loss as low as 0.45 J/pulse for a voltage risetime of ~100 ns. A maximum output energy of 2.5 J in 20 ns (FWHM) was obtained with a total efficiency of 2.5% at 20 Hz. The cross section of the output beam was 65×50 mm². Spectral, spatial, and temporal profiles of gain and absorption coefficients were also measured, resulting in a peak gain of 8.5%/cm. An output energy of 410 mJ was extracted in 280 fs with two beams by using this laser as an amplifier     

宽带钕玻璃激光谐波转换过程中的幅度调制效应

从时域的耦合波方程出发,数值研究了宽带钕玻璃激光谐波转换装置中输出三倍频脉冲的幅度调制效应,提出在三倍频的和频过程中加入一束窄带脉冲来抑制输出脉冲的幅度调制效应。研究结果表明,窄带脉冲的引入可大大减缓群速度失配对相位匹配带宽的限制,从而可以很好地抑制三倍频脉冲的幅度调制效应;对于目前所需要的带宽为1THz的紫外脉冲,传统三倍频基本装置中的幅度调制深度为180%,采用上述方案后,三倍频脉冲的幅度调制深度降低到20%。     

高功率掺镱全固态飞秒激光器

开展了激光二极管泵浦的高功率掺镱全固态飞秒激光器的研究。利用Yb:LYSO晶体实现了高功率高效率的半导体可饱和吸收镜锁模飞秒振荡器,分别在1 035、1 042 nm实现了3 W的稳定锁模运转,相应的脉冲宽度分别为351、287 fs,斜效率分别为88.2%和89.7%;通过将增益介质与克尔介质分开,利用大功率多模LD直接泵浦Yb:CYA晶体实现了高功率的克尔透镜锁模飞秒振荡器,脉冲宽度70 fs,平均输出功率2.52 W,重复频率50 MHz,获得了50 nJ的单脉冲能量且峰值功率达到0.71 MW。表明上述掺镱晶体在高功率二极管泵浦全固态激光器领域中具有非常优异的性能。     

S波段脉冲大功率SiC MESFET

采用自主开发的3英寸(75mm)SiC外延技术和SiC MESFET的设计及工艺加工技术,成功地实现了S波段中长脉宽条件下(脉宽300μs,占空比10%),输出功率大于200W,功率增益大于11dB,功率附加效率大于30%的性能样管,脉冲顶降小于0.5dB,实现了大功率输出条件下的较高功率增益和功率附加效率及较小的脉冲顶降,初步显示了SiC功率器件的优势。器件设计采用多胞合成技术,为减小引线电感对功率增益的影响,采用了源引线双边接地技术;为提高器件的工作频率,采用了电子束写栅技术;为提高栅的可靠性,采用了加厚栅金属和国家授权的栅平坦化发明专利技术;同时采用了以金为主体的多层难熔金属化系统,提高了器件的抗电迁徙能力。     

High repetition rate collisional soft X-ray lasers based on grazing incidence pumping

We discuss the demonstration of gain-saturated high repetition rate table-top soft X-ray lasers producing microwatt average powers at wavelengths ranging from 13.9 to 33 nm. The results were obtained heating a precreated plasma with a picosecond optical laser pulse impinging at grazing incidence onto a precreated plasma. This pumping geometry increases the energy deposition efficiency of the pump beam into the gain region, making it possible to saturate soft X-ray lasers in this wavelength range with a short pulse pump energy of only 1 J at 800-nm wavelength. Results corresponding to 5-Hz repetition rate operation of gain-saturated 14.7-nm Ni-like Pd and 32.6-nm line Ne-like Ti lasers pumped by a table-top Ti:sapphire laser are reported. We also discuss results obtained using a 1 /spl omega/1054-nm prepulse and 2 /spl omega/527-nm short pulse from a Nd:glass pump laser. This work demonstrates the feasibility of producing compact high average power soft X-ray lasers for applications.     

High compression ratio backward Raman conversion for highbrightness excimer laser systems

A scheme of backward Raman pulse compression is proposed in which the backward first Stokes pulse is amplified under stationary conditions and the backward second Stokes under transient conditions by choosing an appropriate Raman medium. The compression factor and efficiency are improved by insertion of selective absorbers for the second Stokes component. The feasibility of such a scheme is demonstrated by an experiment in which a 249-nm UV pulse of 20-ns duration has been compressed into a 30-ps pulse with an power gain of 150 and energy conversion efficiency of 22%. Higher compression ratio and higher efficiency is expected under improved conditions     

High Efficient, Intense and Compact Pulsed D2O Terahertz Laser Pumped With a TEA CO2 Laser

A high efficient, intense and compact pulsed D₂O terahertz laser is presented, which is pumped by a multi-transverse mode TEA CO₂ laser. For D₂O gas as the active medium, with the cavity length of 120 cm, pulse energy of the THz laser has been investigated as the variation of pump energy and gas pressure. When the pump energy was 1.41 J, the maximum single pulse energy of 6.2 mJ was achieved at the wavelength of 385 μm. Photon conversion efficiency as high as 36.5% was obtained when laser operated at the maximum output energy. As the pump energy was raised from 0.57 to 1.41 J, the optimum pressure was slightly changed from 400 to 700 Pa. The THz pulse consisted of a spike pulse with pulse width of 120 ns and a tail pulse with pulse width of about 170 ns. The peak power of the spike pulse is about 44.3 kW. Comparing with the occurring time and pulse width of pump pulse, 70 ns delay and 10ns broadening were observed in the THz spike pulse.     

大功率速调管的技术现状和最新进展

大功率速调管是一种基于速度调制原理将电子注能量转换成微波能量的微波真空电子器件,它具有高功率、高效率、高增益和高稳定性等优点,是微波真空电子器件中脉冲功率和平均功率最高的器件。速调管自20世纪30年代发明以来,在粒子加速器、雷达和通信等微波电子系统,以及真空电子技术进步的推动下,已发展成功多种类型大功率速调管,其频率覆盖整个微波,并扩展到毫米波和太赫兹波段,最大脉冲功率达200MW,最大平均(连续波)功率达MW级。近年来,在高能粒子加速器、宽带雷达系统、毫米波和太赫兹波电子系统的推动下,大功率速调管取得了令人瞩目的进步,本文比较系统地介绍了大功率速调管的技术现状和在提高功率、提高效率、提高工作频率、展宽带宽等方面取得的最新进展。     

聚变能激光驱动装置的激光材料选择

基于美国LIFE激光驱动装置的放大器构型,使用Nd玻璃,Yb:YAG,Yb:S-FAP,Yb:CaF2四种材料的参数进行抽运储能过程的模拟计算,分析了介质口径、抽运强度、抽运脉宽及介质温度等参数对装置性能的影响,得到了各材料的优化设计参数,对上述材料应用于聚变能半导体抽运固体激光器(DPSSL)系统主放大器的可行性进行了判断,并提出了理想材料的参数要求,为寻找合适的激光材料提供依据。