水雾对调Q Er:YAG激光消融牙本质阈值及损伤的影响

研究了调Q Er:YAG激光消融离体牙本质过程中水雾的作用及其对消融后牙本质微结构的影响。调Q Er:YAG激光重复频率为3 Hz,脉冲宽度为62ns,作用脉冲数为10,能量范围为4~70 mJ,水雾流量分别为0,4,9,13mL/min时消融牙本质。每种实验条件下消融10个牙本质样品,利用扫描电镜观察消融坑洞微结构。实验结果表明,随着水雾流量的增加,调Q Er:YAG激光对人牙本质的消融阈值呈逐渐增加的趋势,牙本质所受机械损伤减小。实验结果对了解调Q Er:YAG激光消融牙硬组织的微观结构及牙科治疗应用具有参考价值。     

低能量抽运的增益开关型Cr4+:Mg2SiO4激光器

为了研究低能量的1.06μm调Q激光脉冲抽运的增益开关型Cr4+:Mg2SiO4激光器,对该激光器的速率方程进行数值求解,并选取合适的初始条件,得到输出的1.22μm激光脉冲的时间波形、脉冲的建立时间和脉冲宽度与抽运能量的关系,理论计算与实验研究结果基本符合。当抽运激光脉冲的能量为45mJ、脉冲宽度为30ns时,激光器输出的1.22μm激光脉冲的能量和脉宽分别是7mJ和8.2ns。输出激光的脉冲宽度是抽运激光的脉冲宽度的近1/4,光-光转换效率为15.5%。数值计算和实验研究结果均表明,在低能量抽运情况下,激光脉冲的建立时间和脉冲宽度均随着抽运能量的增加而减小。     

低能量抽运的增益开关型Cr4+∶Mg2SiO4激光器

为了研究低能量的1.06μm调Q激光脉冲抽运的增益开关型Cr4+∶Mg2SiO4激光器,对该激光器的速率方程进行数值求解,并选取合适的初始条件,得到输出的1.22μm激光脉冲的时间波形、脉冲的建立时间和脉冲宽度与抽运能量的关系,理论计算与实验研究结果基本符合.当抽运激光脉冲的能量为45mJ、脉冲宽度为30ns时,激光器输出的1.22μm激光脉冲的能量和脉宽分别是7mJ 和8.2ns.输出激光的脉冲宽度是抽运激光的脉冲宽度的近1/4,光-光转换效率为15.5%.数值计算和实验研究结果均表明,在低能量抽运情况下,激光脉冲的建立时间和脉冲宽度均随着抽运能量的增加而减小.     

脉冲Nd:YAG激光对薄层聚氨酯材料打孔

激光打孔是一种精度高、操作简便的材料表面修饰物理手段.以往研究曾使用准分子和飞秒级钛宝石激光器作为打孔光源.为了验证脉冲Nd:YAG激光器对组织工程材料打孔的效果,掌握不同激光光束特性和能量的成孔规律,对组织工程薄层生物材料激光打孔进行了实验研究.选用能量输出范围为0.01～1 J的脉冲Nd:YAG激光器和厚约50 μm的片状聚氨酯材料(PU)进行打孔.改变激光输出能量、脉冲宽度、光阑孔径和光斑模式,用显微镜观察不同条件的穿孔形态.当Nd:YAG激光器脉冲宽度为30 μs,入射能量密度为0.6×104～2.1×104J/cm2时可击穿厚为50μm的PU材料,成孔直径在20～90μm之间,且低阶模光束成孔边缘光滑,对周围材料影响小.低阶模的穿孔直径为20～40μm,高阶模的穿孔直径为60～90μm.实验结果表明脉冲Nd:YAG激光器可以用作组织工程血管材料打孔.     

1.06μm脉冲抽运的Cr4+:YAG激光器的研究

采用1.06μm调Q激光脉冲抽运Cr4+YAG晶体,实现Cr4+YAG激光器的增益开关运转.当输出镜透过率为3%,抽运能量为85mJ时,发射中心波长为1.44μm的激光脉冲,脉冲宽度和能量分别为12ns和2.84mJ,光-光转换效率为3.3%.实验上比较了采用不同透过率的输出镜时,Cr4+YAG激光器的输出能量和转换效率与抽运能量的关系,以及不同抽运能量下的1.44μm激光脉冲的宽度和建立时间.结果表明,随着抽运能量的增加,脉冲宽度和建立时间减小;转换效率在较大抽运能量时下降;对此进行了合理的理论分析.     

脉冲波形对冲量耦合系数的影响

为了研究TEA CO2激光输出的脉冲波形对激光推进中冲量耦合系数的影响,通过激光技术手段,改变激光混合气体比例及压强,控制激光器脉冲输出波形,将激光的脉冲宽度压缩近50%.在此基础上进行的激光推进冲量耦合系数的实验测量和数值计算结果表明,对于大气呼吸模式TEA CO2激光推进而言,在不影响工质击穿功率密度的情况下,减小脉冲前段起击穿工质作用的尖峰部分占整个脉冲能量的比例,有利于获得高的冲量耦合系数.脉冲宽度大于二维运动的特征时间时,获得的冲量耦合系数也高于脉冲宽度偏小时所获得的冲量耦合系数.     

短脉冲激光微孔制备的双脉冲方法研究

为了提高纳秒短脉冲激光微孔制备的加工效率,采用了一种新颖的双脉冲方法。通过时域脉冲塑形将调Q激光器产生的普通纳秒脉冲变换为具有几十纳秒脉冲时间间隔的双脉冲序列。使用这种双脉冲序列对不锈钢试件进行打孔实验,与传统单脉冲打孔结果对比发现,在一定条件下双脉冲序列能将打孔烧蚀率提高一个数量级以上。实验中研究了脉冲能量、重复频率以及环境气体压力对双脉冲序列烧蚀率的影响,并将脉冲烧蚀率提高的原因归结为材料预加热、材料溶液的加速以及瞬时准真空环境,对各种机制分别进行了讨论。结果表明,采用双脉冲方法替代普通单脉冲进行金属打孔,可以在相同能量密度,相同脉冲重复频率的情况下大幅度提高脉冲烧蚀率,为高效激光微孔制备提供了新方法。     

大能量电光调Q脉冲序列输出全固态Nd∶YAG激光器

设计了激光二极管侧面泵浦两级放大电光调Q全固态Nd∶YAG激光器,实现间距可调的脉冲序列激光输出。使用U型封装的LD模块对晶体棒进行侧面泵浦,磷酸钛氧铷(RTP)晶体作为调Q晶体,通过提供调Q高压序列,获得了单个脉冲能量大于550 mJ,脉冲宽度小于8 ns,脉冲间隔180~240 μs可调的脉冲序列输出,脉冲序列间隔稳定,能量保持一致,激光器重复频率5 Hz。     

532 nm激光泵浦单谐振光参量振荡器倍频蓝光技术

利用腔内倍频532 nm激光器抽运单谐振光学参量振荡器（SRO）,设计了一种可输出972 nm激光的脉冲激光器,通过腔外倍频成功获得486 nm蓝光。在重复频率为1 kHz的条件下,当532 nm激光脉冲能量为3.87 mJ时,972 nm SRO信号光单脉冲能量可达0.96 mJ,此时获得最大转换效率24.8%,与理论计算值22.3%相近。倍频后获得最大能量为49μJ的486 nm蓝光脉冲,脉冲宽度约为6.9 ns,最大倍频效率为5.3%。     

2 μm固体激光器的注入锁定

为了获得满足2 μm相干多普勒激光雷达使用的激光光源,进行了注入锁定固体激光器的实验研究。种子激光器采用双端镀腔膜的Tm,Ho:YLF微片晶体,在低温液氮环境下,获得单纵模稳频激光输出。从激光器采用有利于单纵模运转的环形腔结构,并利用熔融石英声光调Q获得脉冲输出。通过注入锁定,实验获得激光输出波长为2.067 μm,在重复频率大于20 Hz时,激光器的最终单脉冲输出能量2 mJ,脉冲宽度为146 ns。实验论证了注入锁定系统激光器作为雷达光源的可行性,并理论分析了种子注入时环形腔内的初始光场分布。     

Yb∶YAG陶瓷强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器性能研究

报道了通过键合Yb∶YAG激光陶瓷来强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的研究结果。实现了Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器的激光输出。当吸收抽运功率为7.1W时获得了0.53W的自调Q激光输出,对应的光-光转换效率为7.5%。在实验中获得了脉冲能量大于25μJ、脉冲宽度小于3ns、峰值功率高达9kW的自调Q激光脉冲输出。同时研究了输出耦合镜透射率对Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的影响。     

产生特性的研究准连续波泵浦Yb:KYW/Cr4+:YAG调Q激光脉冲

从被动调Q速率方程出发，理论上研究了准连续波激光二极管（LD）泵浦Yb∶KYW/Cr4+∶YAG激光器时泵浦参数对脉冲输出特性的影响，通过数值计算解析了调Q脉冲延时、脉冲宽度、子脉冲序列等特性与泵浦速率的关系，从而获得最优化泵浦光占空比，有效减少连续波泵浦产生的热效应。进一步，在实验上采用高重频LD泵浦源，通过调控泵浦参数实现了被动调Q激光的重复频率、脉冲延时、脉冲串子脉冲个数等输出特征的准确锁定和控制。当采用泵浦功率为15.6 W、占空比分别为6.50%、8.00%和9.65%时，获得单脉冲、双脉冲和三脉冲的稳定输出，提高了泵浦脉冲和激光脉冲的耦合共振，实验结果与理论计算吻合较好。     

2.794μm高重复频率Fe2+:ZnSe被动调Q激光器脉冲特性理论分析与实验研究

3μm波段被动调Q激光可饱和吸收体的损伤阈值较低，在高峰值功率、高重复频率条件下非常容易出现损伤。理论分析了可饱和吸收体的初始透过率和输出镜的反射率对被动调Q激光输出脉冲宽度的影响。采用两种具有不同初始透过率的Fe²⁺∶ZnSe晶体进行了氙灯泵浦的Er,Cr∶YSGG激光器被动调Q实验研究。结果表明，具有低初始透过率的可饱和吸收体能够获得较低的脉冲宽度，且具有高初始透过率的可饱和吸收体能够通过提高输出镜的反射率来压缩脉冲宽度，脉冲宽度与晶体棒直径无关，实验结果与理论结果吻合。通过优化腔内布局实现了高重复频率、高峰值功率的2.794μm被动调Q激光输出，激光器在60 Hz重复频率下分别获得了单脉冲能量4.7 mJ和7.0 mJ的调Q激光输出，脉冲宽度分别为97.0 ns和72.6 ns。研究结果为被动调Q激光器的设计提供了理论指导。     

基于振镜扫描的激光点焊形貌分析

以304不锈钢作为实验材料,使用YAG激光器进行振镜扫描点焊实验,速度为20点/s.实验详细研究了激光束入射到试样表面的角度变化对焊点形貌的影响.此外,对激光脉冲能量以及脉冲宽度的变化对焊点表面直径的影响做了深入研究.实验结果表明,随入射角的增加,熔宽增大,但熔长逐渐减小.随脉冲能量和脉冲宽度的增加,焊点表面直径增大,并且脉冲能量对焊点表面直径的影响明显大于脉冲宽度的影响.     

FEL驱动激光器的研究

为了获得高亮度和高品质的电子束,在自由电子激光实验装置中采用光阴极注入器作为电子源,其驱动激光器系统采用主振功率放大结构,振荡器为二极管抽运连续锁模激光器,放大器为一级双程及两级单程二极管脉冲抽运放大,后接4倍频系统.经过工程研制及调试,获得的输出指标为:波长266nm,微脉冲能量4μJ,宏脉冲宽度2μs至6μs可调,微脉冲能量抖动优于3%.结果表明,采用Cs2Te阴极的光阴极注入器实验,该系统能够获得不低于40A的电子束流,达到了自由电子激光实验对电子源的束流要求.     

SESAM实现脉冲式Nd:YAG激光器的被动锁模特性研究

利用半导体可饱和吸收镜(SESAM) ,实现了脉冲式Nd:YAG激光器1.06 μm激光的被动锁模,获得了稳定的皮秒激光脉冲序列输出。经自相关实验装置测量,其锁模激光脉冲宽度大约为48.2 ps,脉冲序列的能量为24 mJ,实验采用直腔结构的谐振腔,该腔结构简单,易于调整。理论上分析了1.06 μm SESAM结构及被动锁模基本原理,计算并模拟了半导体可饱和吸收镜中 DBR不同周期时对应反射谱图以及不同周期时中心频率处DBR的反射率曲线,同时模拟出了DBR中电场强度的分布图。     

放大自发辐射对全固态激光器调Q性能的影响

为定量分析放大自发辐射(ASE)对调Q激光器性能的影响,在调Q激光速率方程中引入放大自发辐射项,并在合理的近似下求解,给出了激光二极管(LD)端面抽运电光调Q运转的固体激光器反转粒子数的建立过程,分析了放大自发辐射对激光上能级储能效率的影响及考虑放大自发辐射时调Q激光器输出脉冲宽度和脉冲能量随抽运功率的变化关系。结果表明,由于放大自发辐射的存在,上能级储能效率降低,且在一定的抽运功率下,调Q输出脉冲宽度变宽,脉冲能量下降。用LGS(La3Ga5SiO14)晶体作电光调Q元件,在激光二极管抽运的Nd∶YVO4激光器上进行了实验,实验结果与理论分析结果基本吻合。     

轧辊表面脉冲激光三维微改形过程参数分析

从研究和分析脉冲激光参数入手,提出了轧辊表面一种球冠状微凸新形貌的脉冲激光三维微改形(毛化处理)新机制,并最终成功获得了预先优化设计的新的三维微观形貌尺寸。在试验中,通过运用激光毛化新机制,对激光脉冲参数(脉冲波形、脉冲能量、脉冲宽度、离焦量等)进行了分析研究和匹配,并获得了该新形貌及尺寸。另对脉冲激光参数与轧辊主要形貌参数的影响规律作了进一步的研究。结果表明,单脉冲能量的大小及其空间分布是形成球冠状微凸新形貌和尺寸的关键因素。     

复合脉冲深度激光打孔的实验研究

为了进一步提高激光在金属厚板上深度打孔的速率,针对5mm厚不锈钢板,采用高峰值功率短脉冲串叠加大能量长脉冲的双光束复合激光打孔方法,建立了复合脉冲激光打孔的理论模型,提出大能量长脉冲激光束的主要作用是熔化金属,排出金属熔融物主要靠高峰值功率密度的激光脉冲串,并研究了脉冲能量、脉冲宽度、打孔方式等不同激光参量下的激光打孔效果。结果表明,与长脉冲激光单独激光打孔相比,复合脉冲激光打孔能大幅减小穿孔时间,对脉宽2ms、单脉冲能量2.9J的长脉冲,复合脉冲打孔速率提高2.3倍,所需能量减少20%,且脉冲能量越大,脉冲宽度越窄,打孔速率越快。此研究为复合脉冲打孔的激光器选择提供了依据。     

基于中空光子带隙光纤的飞秒激光脉冲压缩

利用中空光子带隙光纤(HC-PBGF)对光子晶体光纤飞秒激光器输出的激光脉冲进行腔外再压缩.激光器输出的脉冲中心波长为1040 nm,脉冲宽度为475 fs,平均功率为400 mw,单脉冲能量为8 nJ.通过白光干涉法测量可中空光子带隙光纤的色散参数为-48 ps2/km,并利用截断实验得到了所用光纤的最优化长度,压缩后获得的最短脉冲宽度为108 fs,接近变换极限,传输效率为89%.由于该光纤纤芯的非线性系数较低,脉冲在其中传输无非线性效应,压缩后输出光谱保持不变.