西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
报道了瓦级高效率中红外3.8 μm连续波全固态激光器。采用自行研制的波长为2.8 μm的光纤激光器泵浦Fe∶ZnSe晶体，并通过液氮对晶体进行制冷，获得了中心波长为3.8 μm的连续激光输出。激光器的最大输出功率为0.97 W，斜率效率达到38.6%，泵浦阈值约为0.4 W。
激光器 全固态激光器 中红外激光 Fe∶ZnSe晶体 高效率
1 西北工业大学 航空学院，陕西 西安 710072
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
为了研究以激光为热源开展材料高温力学性能测试的可行性，建立理论模型与数值模型，分析了材料在双面均匀激光光斑加热下的表面及内部温升。结果表明，理想情况下采用均匀化激光双面辐照的加热方式可以在试件加热区域内形成较均匀的温度场。为验证上述结论，建立了光斑匀化度达92%的激光双面辐照热力耦合测试试验平台，并基于相关测试方法获取了传统加热方式难以快速加热的CFRP层合板高温拉伸强度。结果表明，试件在激光加热中心测试区域（10 mm×10 mm）内的温度均匀性良好。试件在均匀化激光双面辐照下可被快速加热至923 ℃，测试区域内的最大温度波动为6.8%。文中提出的基于均匀化激光双面辐照的热力耦合测试方法相比传统测试方法具有通用性好、温升率高、测试温度高、测试效率高等一系列的优点。该研究可为进一步研制通用型材料/结构高温升率、高温力学性能试验系统提供关键技术支撑。
双面辐照 均匀激光 高温 拉伸强度 CFRP double-sided irradiation uniform laser high temperature tensile strength CFRP 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220329
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
2 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
对793 nm、1.6 μm和1.9 μm三种不同泵浦波段下千瓦级掺铥光纤激光器的输出特性开展了数值模拟研究。在1 kW输出功率下，对不同泵浦波段的输出效率和热特性进行了对比分析。结果表明，在793 nm泵浦下，受益于交叉弛豫过程，量子效率可超过100%，但是其整体斜率效率依然不高，导致激光器产热严重，废热与输出功率比达80.8%，光纤端面温度也相对较高。在同带泵浦下，激光器效率得到明显提升，尤其是在1.9 μm同带泵浦下，激光器斜率效率达90%以上，废热也得到显著抑制，使用低掺杂光纤时，增益光纤温度整体在50 ℃以内。对同带泵浦下掺铥光纤激光器的功率提升开展了初步估算和数值模拟，估算表明在同带泵浦下，掺铥光纤激光器的功率提升主要受限于受激布里渊散射、模式不稳定、外包层损伤以及光损伤等四个因素。数值模拟结果表明，同带泵浦下热载显著降低，掺铥光纤激光器的功率提升不会受到模式不稳定的影响，而外包层损伤和受激布里渊散射成为主要的限制因素。对于1.6 μm和1.9 μm同带泵浦，在25 μm芯径尺寸下，激光器最高输出功率可分别达5.9 kW和12.7 kW。
西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
在辐射环境中工作的光纤激光器受到的辐射损伤会导致激光器功率退化,进而引起辐射致产热,从而影响到激光器的正常应用和系统安全。基于此,建立一种辐射环境表征参量与光纤激光器增益光纤内功率、热效应和温度分布的关系模型,开展稳态γ射线作用下掺镱双包层光纤激光器的功率特性及热效应的数值模拟仿真。研究了辐致损耗、辐射剂量、光纤长度以及泵浦方式对输出功率的影响,并对不同泵浦方式下增益光纤内的热效应进行了分析。相关结果能够为光纤激光器的辐射效应研究工作及在辐射环境下的工程应用设计提供参考。
激光器 光纤激光器 辐射效应 辐致损耗 功率退化 热效应
西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
采用离线和在线两种方式对光纤激光器的增益光纤进行γ射线辐照,实验研究了γ射线辐照对激光器功率特性的影响。通过离线辐照实验发现,经过一定剂量的射线辐照,当泵浦功率大于某一值之后,光纤激光器的斜率效率基本保持不变。通过总辐射剂量为2580 Gy的在线辐照实验发现,激光器的输出功率在辐照初期呈指数衰减,降到最低值之后,会出现小幅的回升,然后趋于稳定。通过计算光纤激光器在两种辐照方式下的功率退化率随辐射剂量的变化规律后发现,在辐照的初期,在线辐照激光器的功率退化率较大,但是随着辐射剂量的增加,两种辐照方式下激光器的功率退化率逐渐趋于一致。采用光纤辐致损耗的色心理论对实验结果进行了初步解释。
激光器 辐射效应 辐致损耗 色心 功率退化 中国激光
2019, 46(12): 1201005
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
开展了单结GaAs太阳电池808 nm、10.6 μm连续激光辐照实验研究, 结果显示, 相同激光耦合强度下两种激光对电池的损伤模式相似, 且随着激光耦合强度逐渐提高, 电池最大输出功率呈现“阶梯”状下降。通过对比辐照过程中温升速率、温度峰值以及高温持续时间对损伤结果的影响, 结合能谱仪和扫描电子显微镜的测量结果以及方差分析结果对损伤机理进行了分析和验证。认为高温导致GaAs分解、电极氧化是单结GaAs太阳电池性能退化的主因。
激光辐照效应 单结GaAs太阳电池 连续激光 热损伤 性能退化 laser irradiation effect single junction GaAs solar cell continuous wave laser thermal damage performance degradation 红外与激光工程
2018, 47(5): 0506001
西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
采用1150 nm光纤激光振荡器作为抽运源, 实现了3 μm波段中红外掺钬光纤激光器出光。该激光器采用线性谐振腔结构, 其由镀金全反镜与切割角度为0°的光纤端面构成。增益介质为一段长为4.5 m的双包层钬镨共掺氟化物光纤, 纤芯直径为10 μm, 纤芯数值孔径为0.2。当1150 nm抽运激光器功率为1.43 W时, 中红外掺钬光纤激光器输出功率为115 mW, 激光器系统的光-光转换效率为8.0%。在输出最大功率时, 输出激光中心波长为2868.4 nm, 输出光谱的半峰全宽为1.3 nm。相关研究成果对研制高功率紧凑型中红外掺钬光纤激光器具有一定的参考价值。
激光器 掺钬光纤 中红外波段 氟化物光纤
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
为了解决高能激光总能量测量中所面临的抗激光损伤能力问题, 设计了一种新型旋转式全吸收激光能量计, 具有测量不确定度低、系统结构简单、环境适应性强等诸多优点, 尤其在长时间出光的强激光能量测量中具有独特优势。光线追迹软件数值模拟结果表明激光辐照过程中能量逃逸率小于0.3%。利用有限元软件, 模拟计算了连续激光辐照下能量吸收体的温度场分布和最高温升情况, 给出了热吸收体最高温升与旋转速度的关系, 分析了测温探测器安装深度对温度传感器测温曲线的影响。该旋转式能量计完全可以满足数十兆焦耳激光能量测量要求, 也为更高能量的激光参数测试提供了一种全新的技术手段。
旋转式能量计 高能激光 全吸收 抗激光损伤 rotational calorimeter high energy laser full absorbing laser damage resistance 红外与激光工程
2016, 45(12): 1217010
1 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息技术研究中心, 上海 201800
利用1 550 nm光纤激光器搭建了一个同带泵浦环形腔掺铥光纤激光器, 并对其光谱输出特性进行了研究。在1 550 nm激光泵浦下, 1.6 m掺铥光纤自发辐射谱覆盖1 800~1 900 nm范围, 3 dB带宽大于60 nm; 通过在腔内插入隔离器, 获得了线宽小于0.2 nm的激光输出, 中心波长在1900 nm附近; 进一步在腔内加入FP腔, 获得了可调谐的窄线宽输出, 光谱调谐范围达60 nm, 覆盖从1 840~1 900 nm的光谱范围, 激光线宽仅为0.07 nm。另外, 在腔内使用通信波段用FP腔, 同样获得了较宽调谐范围的窄线宽输出。输出光谱分为1 820~1 850 nm和1 865~1 915 nm两个区域, 调谐范围共达80 nm。结合使用2 000 nm FP腔的可调谐光谱范围, 该激光器在1 820~1 915 nm的范围都可以获得激光输出, 与掺铥光线的自发辐射谱基本相符。
掺铥光纤激光器 波长可调谐 窄线宽 Tm- doped fiber laser wavelength tuning narrow linewidth 红外与激光工程
2016, 45(12): 1205002
1 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
3 山西大学 极端光学协同创新中心, 太原 030006
采用中心波长为975 nm半导体激光器泵浦高掺铒氟化物双包层光纤Er∶ZBLAN, 并在谐振腔内插入主动调Q元件, 获得了工作频率为1~10 kHz的2.8 μm激光主动调Q脉冲输出.在工作频率为10 kHz条件下, 获得了最大单脉冲能量为134.5 μJ、脉宽为127.3 ns、峰值功率为1.1 kW的脉冲输出.
光纤激光器 高峰值功率 中红外 主动调Q 掺铒氟化物光纤 Fiber laser High peak power Mid-infrared Actively Q-switched Er∶ZBLAN 光子学报
2016, 45(11): 1114002
