被动调Q固体激光器上转换效应的数值模拟

在主动调Q固体激光器上转换效应(ETU)理论的基础上,给出了包含上转换效应项的被动调Q固体激光系统的耦合速率方程组。采用变步长龙格-库塔数值方法,针对Nd∶YAG激光晶体和Cr4 ∶YAG可饱和吸收体,对上转换效应对输出脉冲参数的影响进行了数值分析。在低抽运功率条件下,上转换效应对输出脉冲的能量和峰值功率影响较大;在高抽运功率条件下,上转换效应对平均输出功率影响较大。在抽运功率逐渐增加的过程中,上转换效应对输出脉冲能量和峰值功率的影响逐渐减弱,对输出激光的脉冲宽度(FWHM)和重复频率的影响则可以被忽略。数值计算结果与实验所得结果基本一致。     

输出功率50 W的脉冲染料激光放大器

推导了准稳态下横向抽运的脉冲染料激光放大器的简化速率方程,提出了双侧横向抽运方式的脉冲染料激光放大器的设计原则和设计方法.应用高功率脉冲染料激光放大器的物理设计结果,研制了输出功率为50 W的脉冲染料激光放大器的实验装置.采用铜蒸气激光(CVL)作为抽运光,在此染料激光放大器上进行了实验研究,获得染料激光输出功率为52 W,抽运激光功率提取效率为41%.给出了染料激光波长、注入染料激光功率以及抽运激光的时间和空间匹配特性与染料激光放大器输出激光功率和抽运激光功率提取效率的相互关系,讨论了染料溶液浓度对双侧横向抽运方式的脉冲染料激光放大器的输出光束质量的影响.     

脉冲/连续高功率激光光斑分布阵列探测器

通过测量发射到远场的激光功率密度时空分布给出所需要的到靶总功率、光束质量、桶中功率、功率时间曲线等关键指标参数,是目前准确评价激光系统性能的重要技术手段。介绍了一种基于光电探测器阵列实现近红外脉冲激光功率密度时空分布的测量方法,可以实现900~1700 nm波长、动态范围大于2000倍的激光光斑参数测量。该阵列探测器具有测量面积大、单元一致性好、测量精度高等特点,并可同时实现脉冲和连续激光参数测试要求。给出了阵列探测器的总功率测量结果,测量值与激光器输出功率偏差在5%以内,且激光光斑分布测量结果准确可靠。该阵列探测器已在多套激光系统的参数测试中得到成功应用,可以作为响应波段内的脉冲/连续激光光斑参数测试一种有效技术方案。     

多路激光功率平衡测量技术

针对现在多路大功率激光器的功率平衡缺乏对评定参数计算方法的细致讨论,提出了瞬时功率和激光装置束间功率不平衡度的详细数值计算方法.根据理论模拟结果,选取平顶脉冲时间脉冲波形半峰全宽对应的中心位置作为时间波形的时间基准进行功率平衡计算.实验中,用光电转换元件、示波器和能量卡计分别进行各路激光束到达靶点的时间同步、脉冲时间波形和能量测试,计算得到多路激光瞬时功率和激光装置束间功率不平衡度,并分析瞬时功率测试结果的不确定度,从而给出多路激光功率平衡测量技术和方法.     

1.06 μm、0.53 μm全固态激光双波长复合输出技术研究

针对现阶段光电对抗单波长激光干扰的局限性,提出了干扰激光双波长复合输出方案,为军用光电对抗设备的通用化和小型化提供了有效思路。利用稳态和速率方程理论分别建立了连续和脉冲激光复合输出模型,通过数值仿真探究了倍频晶体长度和腔镜基频透射率对复合激光输出功率成分的影响。在连续输出状态下,存在最佳基频透射率使基频输出功率最高;对于两种输出状态,都存在最佳倍频晶体长度使倍频输出功率最高。通过实验验证了连续和脉冲输出状态下复合激光输出功率成分随腔镜基频透过率的变化关系,并进一步探究了重复频率对复合激光输出的影响。     

电子束泵浦XeCl准分子激光器输出特性

为了确保窄脉宽XeCl准分子激光系统获得高峰值功率紫外激光脉冲,实验研究了紧凑型四向电子束泵浦XeCl准分子激光器的输出特性。通过调节激光腔室气体介质的总气压和气体摩尔比、激光器的充电电压、二极管阳极钛箔厚度等参数,发现了激光能量随以上条件的变化规律,分析得到了激光器运行的最佳条件。在最佳条件下XeCl准分子激光器的脉冲能量大于100 J、脉宽约200 ns,电光效率约为5.81。另外,通过改变激光器内部Marx发生器的开关气压,研究了紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器输出激光脉冲的延迟抖动特性,发现激光脉冲的延迟抖动可优于20 ns。研究结果表明:紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器可实现脉冲抖动小于20 ns、103 J的高能紫外激光输出,可满足窄脉宽XeCl准分子激光系统运行的需要。     

宽带激光参量放大器及其在飞秒拍瓦（10^15W）脉冲激光技术中的应用

飞秒超高功率,超高强度激光系统将为极端条件下的激光和物理相互作用提供实验研究手段,支持飞秒激光脉冲放大的宽带激光放大器是研制这类强激光系统的关键单元。本文讨论了参量光放大器的宽带特性,它可用于飞秒啁啾脉冲激光放大。据此,建立利用此方案结合纳秒钕玻璃高能激光装置产生飞秒超强激光脉冲、和传统的钕玻璃啁啾脉冲激光放大相比,ＯＰＣＰＡ可大幅度提高输出功率和光束质量。     

大气多次散射效应对星载激光测高仪测距偏差值的影响

大气多次散射效应会使得星载激光测高仪脉冲回波信号发生拖尾现象,导致激光测高仪的测距值出现偏差。根据激光测高仪的工作原理并利用半解析型蒙特卡罗方法,建立了大气多次散射效应条件下的脉冲回波信号及距离偏差的数学模型,并基于GLAS系统参数,仿真分析了云和雾的多次散射效应对距离偏差值的影响规律。结果表明,随着大气参数的变化,距离偏差会呈现不规则的起伏变化。当云层粒子尺度大于150μm或雾的消光系数小于1.68 km-1时,大气多次散射效应对测距偏差值的影响小于1 cm。所得的结论为星载激光测高仪测量天气的选取以及系统参数的优化提供了理论依据。     

激光冲击参数对残余应力场影响的三维数值模拟

数值模拟是预测激光冲击残余应力场、研究激光冲击参数对残余应力场影响的一种有效方法。采用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击处理(LSP)40Cr钢残余应力场进行三维数值模拟;建立了激光冲击处理40Cr钢残余应力场有限元分析(FEA)模型,实现了激光冲击处理40Cr钢残余应力场的数值模拟;模拟研究了激光功率密度、激光脉冲持续时间、激光光斑尺寸对40Cr钢残余应力场的影响。数值模拟结果表明,残余应力模拟值与实测值之间有着较好的一致性;在激光脉冲持续时间一定的条件下,要想获得最大的表面残余压应力,存在一个最佳的激光功率密度;在激光功率密度一定并且脉宽大于45ns的情况下,表面残余压应力随激光脉冲持续时间的增加而减小;在激光功率密度、激光脉冲持续时间一定的条件下,表面残余压应力随光斑直径增大而增大。     

基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法

针对激光引信易受云烟雾干扰的问题,提出了一种基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法。计算了不同脉冲宽度条件下的云烟雾后向散射回波功率,并给出了云烟雾后向散射回波功率随发射脉冲宽度的变化规律。分析了不同云烟雾条件下使用不同发射脉冲宽度探测时所得到的回波功率比。实验结果表明,在使用不同脉冲宽度激光探测条件下,云烟雾激光后向散射功率比大于3,使用该方法可有效提升激光引信抗干扰性能。     

星光Ⅱ高功率固体激光驱动器研究的新进展

介绍了星光Ⅱ高功率固体激光驱动器的发展历程和物理实验的进展情况,研制了用于开展激光等离子体中电子密度与电子温度精密化诊断的两束探针光系统。阐述了激光装置中新能源系统的模块化设计方法以及新型集中控制系统的最新研究进展情况,所用方法和所得结论对高功率固体激光驱动器系统的设计具有一定应用意义。     

锁模Cr4+:YAG固体激光器脉冲的时间抖动理论性分析

固体激光器的脉冲稳定性限制了激光器在很多方面的应用.从被动锁模Cr4 :YAG激光器腔内脉冲的传播方程出发,得到了带噪声的非线性Schr(o)dinger方程,进一步分析了脉冲在激光器腔内的时间传播形式,建立了锁模Cr4 :YAG固体激光器振荡脉冲参数的线性扰动方程,推导出了脉冲参数波动的动力学方程以及时间和相位的均方根波动关系式.提出了一个减少锁模Cr4 :YAG固体激光器脉冲时间抖动的实验方案,旨为锁模Cr4 :YAG固体激光器能够用作光纤通信和量子通信中的光源提供理论上的帮助.     

新型高功率固体激光阵列式片状放大器

4×2阵列式片状放大器系统是我国正在建造的大型激光驱动器装置的核心组成部分,将直接确定整个装置的能量转换效率和总体结构。放大器系统采用模块化方案设计可以有效提高装置的可维护性,减少运行维护时间,提高运行效率和装置的性价比。报道了一台通光口径为29cm×29cm的新型氙灯泵浦钕玻璃激光阵列式片状放大器模块的研制情况,介绍了放大器系统的结构组成,并给出了有关设计参数。     

638 nm、532 nm 激光泵浦的连续波翠绿宝石激光器

报道了一种高功率、高光束质量的755 nm连续波翠绿宝石激光器。首先,对比研究了638 nm激光二极管（LDs）和532 nm固体激光器单端泵浦的翠绿宝石激光器。当638 nm LDs作为泵浦源时,得到的连续输出功率、光-光转换效率分别为3.9 W和19.7%。保持其他条件基本不变,将泵浦源换成532 nm激光器,得到的连续输出功率、光-光转换效率分别为2.1 W和10.0%。结果表明利用 638 nm LDs泵浦翠绿宝石可获得更高的激光功率和转换效率。此外,研究了638 nm LDs双端泵浦的翠绿宝石激光器,在755 nm处得到了6.2 W的连续输出功率,相应的光-光转换效率和斜效率分别为16.3%和24.2%,并且连续输出功率为5.0 W时的光束质量M2优于1.47,这是翠绿宝石激光器在近衍射极限下的最高连续输出功率。这种高功率、高光束质量的755 nm翠绿宝石激光器为连续波紫外激光器的研制提供了良好、稳定的基频源。     

脉冲激光测距漂移误差的研究

光脉冲接收是脉冲激光测距的关键技术之一。稳定有效地探测反射激光脉冲信号和提高脉冲激光测距戗的环境抗干扰能力，是光脉冲接收技术需解决的主要问题。对PIN光电二极管的光探测过程进行了理论分析。指出PIN管中的光生载流子和耗尽层电荷的相互作用导致了耗尽层宽度的改变，进而引起PIN管的光接收响应时间的变化。结合半导体基本理论，构建了相应的PIN管光探测过程理论模型，定义两个描述PIN结性能的特征参数单位光功率敏感度K和单位时间抖动△rp0，进一步给出了PIN管的光响应时间及其抖动大小与光照强度的近似函数关系。该理论模型成功用于解释自触发脉冲激光测距中的漂移误差现象，经过对实验现象和相应实验结果的定性分析，验证了理论分析的正确性。     

低时间抖动的增益开关型被动调Q激光器

被动调Q激光器的输出抖动一般较大,为了降低这一输出时间抖动,同时实现激光器的小型化,可以根据增益开关工作原理,利用电源控制抽运功率密度变化,实现被动调Q情况下的增益开关.根据这一原理研制了环形激光二极管(LD)抽运增益开关调Q激光器.这种新型被动调Q激光器的输出能量为30 mJ,输出脉冲宽度约16 ns.实验中将传统的两套抽运源减少为一套,通过控制电源波形直接形成抽运功率的增益台阶脉冲,减少了影响时间跳动的因素.多发次统计测量结果表明,激光脉冲与电源输出外触发信号的时间抖动小于1 μs.根据测量的抽运预脉冲功率稳定性和阶跃脉冲的瞬时抽运功率计算的输出抖动与实验结果基本相符.     

强激光辐照低慢小目标抖动光斑功率密度估计

针对激光毁伤低慢小目标ATP系统跟瞄误差造成的光斑抖动问题,建立激光斜程辐照低慢小目标的高斯分布等效光斑模型。通过仿真,得到特定大气能见度条件下瞄准误差角度、目标天顶角和目标高度的关系曲线,及不同初始天顶角条件下到达目标表面光斑形态及功率密度,并分析辐照天顶角及目标飞行高度对目标表面归一化功率密度的影响,得到了典型低慢小目标尼龙材料激光防御过程中对ATP系统跟瞄误差的要求,为激光防御低慢小目标各项参数设定及自适应系统的完善提供了依据。     

增益开关F-P激光器抖动的计算和测量

为了能够精确测量增益开关激光脉冲的抖动,应用傅里叶变换和自相关函数．理论分析了谐波频谱分析法测量激光脉冲抖动的数学模型、测量原理。修正了David A．Leep等人建立的基于功率谱测量脉冲抖动的误差,推导出了普适的测量激光脉冲抖动的数学表达式,并数值模拟了不同情况下激光脉冲功率谱的表现形式;利用谐波频谱分析法测量了外连续光注入下增益开关F-P激光脉冲的抖动,时基抖动为0．905ps、振幅噪声为2．83％,并与取样示波器的测量结果进行比较。结果表明在脉冲抖动较小、且重复频率较低的情况下,利用谐波频谱分析法测量脉冲抖动具有更高的精确度。其精确度可以达到飞秒量级。     

LD光纤耦合泵浦单频双向连续固体环形激光器

分析了用于激光陀螺的固体激光器的特点，采用LD光纤耦合泵浦，对四镜8字形腔的连续固体环形激光器进行了实验研究。使用具有光阑功能的F?蛳P标准具选模，实现了基横模单纵模运转，实验获得了单频双向连续输出，并测量了其双向输出功率特性，单路输出功率稳定性100 s内为0.4%，在单模输出0.2 mW时，1.5 s内线宽约为4 kHz。分析表明获得窄线宽是固体激光器用于陀螺的首要要求，还表明使用均匀加宽增益的连续固体环形激光器能实现单频双向运转。     

二极管泵浦准三能级固体激光器的新进展

对比了掺Nd3 、Yb3 、Ho3 、Tm3 等稀土离子的准三能级固体激光的特性,分析了它们在圆棒、板条、薄片、光纤等构型的固体激光器中的工作性能.着重总结了高平均功率掺Yb3 固体激光器的最新进展,最后简要介绍了本研究小组在高功率Yb:YAG/YAG复合板条激光器和光纤激光器两方面的最新研究结果.