Author Affiliations
Abstract
College of Electrical and Information Engineering, Quzhou University, Quzhou 324000, China
An immersed liquid cooling slab laser is demonstrated with deionized water as the coolant and a Nd:YAG slab as the gain medium. Using waveguides, a highly uniform pump beam distribution is achieved, and the flow velocity distribution is also optimized in the channels of the gain module (GM). At various flow velocities, the convective heat transfer coefficient (CHTC) is obtained. Experimentally, a maximum output power of 434 W is obtained with an optical–optical efficiency of 27.1% and a slope efficiency of 36.6%. To the best of our knowledge, it is the highest output power of an immersed liquid cooling laser oscillator with a single Nd:YAG slab.
liquid cooling slab laser oscillator convective heat transfer coefficient Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081401
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
3 江苏曙光光电有限公司, 江苏 扬州 225009
高峰值功率以及高光束质量的激光光源在激光加工等领域具有重要的应用价值。利用重复频率为50 kHz、脉宽为3.9 ps、平均功率为10.9 mW的光纤种子光源, 经过两级固体双通放大, 最终得到平均功率为27.65 W, 峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级放大器为端面抽运Nd∶YVO4放大级, 第二级放大器为侧面抽运Nd∶YAG放大级。通过利用球差补偿理论设计的双通放大结构以及调节放大级中的填充因子, 控制最终激光输出的光束质量, 得到输出激光的光束质量因子M2=1.30。
激光器 球差补偿 端面抽运 侧面抽运 光纤-固体混合放大激光器
1 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621000
3 衢州学院机械工程学院, 浙江 衢州 324000
详细讨论了直接液体冷却薄片激光器的设计。包括增益模块中晶体和冷却液的选取, 以及流道结构的设计, 分析了增益模块中两类组合方式各自的优缺点。组合方式一中, 需要严格控制激光的入射角以及晶体的切割角, 给出了具体的计算和分析。组合方式二无需特别选取角度, 然而所选的冷却液的折射率要与晶体的折射率尽可能一致。在抽运方式选取方面, 分析了采用端面抽运和侧面抽运对激光器储能以及像差等方面的影响。最终, 理论分析了采用10片Nd∶YLF作为增益介质, 折射率匹配液作为冷却液, 在抽运功率为5 kW时, 激光器输出功率大于1 kW, 光-光效率大于20%, 理论分析和实验结果基本一致。
激光器 薄片 直接液体冷却 冷却液
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 江苏曙光光电有限公司, 江苏 扬州 225009
3 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
为了替代主控振荡功率放大结构中的多级光纤预放结构, 对小信号高增益的掠入射板条放大器进行了模拟和实验研究。利用板条内线性温度梯度引起的轴棱镜结构, 测量了板条晶体的热转换系数。结果表明:0.1 mW和1 W种子光提取时, 热转换系数分别为0.37和0.28;抽运光功率为55 W时, 两种情况下板条最大温升相差16 K;小信号提取时, 板条晶体内的温升是制约增益提高的主要因素;采用0.1 mW种子光注入且抽运光功率为50 W时, 可获得1.8 W的激光输出, 增益高达43 dB, 水平方向光束质量因子M2x=1.30, 垂直方向光束质量因子M2y=1.28。
激光光学 板条放大器 小信号 高增益 热转换系数 热效应
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 江苏曙光光电有限责任公司, 江苏 扬州 225009
3 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
采用基于半导体可饱和吸收镜的被动调Q微晶片激光器, 对三通掠入射Nd∶YVO4板条激光放大器进行了实验研究。理论研究了水平方向模式匹配比和掠入射角对板条激光放大器热致畸变的影响。实验验证了掠入射板条激光放大器水平方向最优模式匹配比为0.6, 且采用较小的掠入射角可以在保证高增益的同时产生较小的水平方向热致畸变。确定模式匹配比为0.6且三通掠入射角分别为3°、5°、7°时, 重复频率为100 kHz、平均功率为2 mW、光束质量因子M2=1.17的种子光源所产生的激光经过掠入射Nd∶YVO4板条三通放大后, 最终获得12.6 W的激光输出, 光-光提取效率达到28%, 脉冲峰值功率为1.1 MW, 脉冲能量为126 μJ, M2=1.4。
激光器 三通放大 半导体抽运 光束质量 中国激光
2017, 44(12): 1201003
1 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
4 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
介绍了一种工作在准连续状态下的直接液体冷却的侧面抽运Nd∶YAG多薄片激光谐振腔, 装置中选用20片Nd∶YAG薄片作为增益介质, 由激光二极管阵列在其侧面进行抽运, 流动的硅氧烷溶液作为冷却液在其端面进行冷却, 振荡激光以布儒斯特角穿过多层薄片和冷却液实现增益。设计了层流冷却流场并通过数值模拟验证了其对来流不均匀性的耗散能力。根据之前报道的层流冷却能力测量实验建立数值模型, 模拟了流场的冷却效果, 实验结果证明了模型的置信性, 进而基于模型对激光器中薄片的热安全性进行了评估。在抽运能量为49.9 J时, 获得了15.7 J的最大脉冲能量输出, 对应光-光效率和斜率效率分别为31.4%和39.2%; 在抽运脉宽为250 μs, 重复频率为100 Hz, 平均抽运功率为5 kW时, 获得了1440 W的平均输出功率。
激光器 薄片 谐振腔 直接液体冷却 浸入式激光器
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
高峰值功率、高稳定性以及优越光束质量的激光光源是材料加工与处理的理想选择。利用重复频率为120 kHz 、脉宽为220 ps、平均功率为26 μW 的种子光源，经过光纤和固体组成的混合放大系统，最终得到平均功率为39.2 W 的激光输出，峰值功率达到1.5 MW。预放大器由两级光纤放大器组成，功率放大器为四级端面抽运的Nd:YVO4固体放大器，通过控制晶体掺杂浓度、晶体温度以及抽运光束直径，并且调节各个放大级中的填充因子，最终得到输出光束的光束质量因子为M2=1.3。
激光器 脉冲激光器 高峰值功率 光纤激光和固体激光混合放大器
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
报道了一种利用球差补偿效应提高侧面泵浦主振荡功率放大器输出光束质量的实验装置。在理论上提出了一种新的球差补偿方法,利用正球差经过会聚透镜焦点后向负球差转化的现象,补偿下一放大级中的正球差效应。在实验上搭建了两级放大的侧面泵浦Nd:YAG主振荡功率放大器。在连续输出的情况下,从振荡级输出功率为42 W、光束质量因子为1.48的种子光,经过一级放大后的功率为74 W,光束质量因子恶化为1.80;继续经过二级放大后,光束质量因子提高为1.40。实验结果表明,所提出的球差补偿理论是提高激光放大过程中光束质量的有效手段。
侧面泵浦激光器 主振荡-放大系统 球差补偿效应 光束质量 side-pumped lasers master oscillator power amplifier spherical aberration compensation beam quality 强激光与粒子束
2014, 26(9): 091023
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
利用高速光强度调制器对线宽为70 kHz的单频连续(CW)光纤激光器发出的激光进行调制，获得了100 MHz高重频、1 ns窄脉宽激光输出，调制后脉冲激光的线宽小于0.8 GHz。利用光纤激光放大器和Nd:YVO4固体激光放大器的混合放大装置进行放大，在一级固体激光放大后输出平均功率为13 W，在二级固体激光放大后获得了32.9 W的脉冲激光输出。实验中对调制后单频窄脉宽的小信号激光采用光纤激光放大器进行预放大，预放大输出激光功率达到2 W后采用固体激光放大器放大，从而避免了单频窄脉宽激光在光纤放大器中极易产生的受激散射和放大自发辐射(ASE)所导致的放大器损坏。放大后的激光仍保持了0.8 GHz线宽和1 ns脉宽、100 MHz重频。这样的输出激光在一些特殊要求中可以获得应用。
激光器 脉冲激光器 单频 高重频
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
2 环境保护部核与辐射安全中心, 北京 100082
通过对连续种子光源的光强调制，并利用光纤放大器和固体介质放大器结合的混合放大方式，实现了百兆赫兹高重频可调谐单频激光光源。系统在基模输出条件下的最大输出功率为31.9 W，光束质量因子小于1.5，脉冲重复频率达到100 MHz，脉宽1 ns，测量得到的光束线宽小于0.8 GHz。实验结果验证了通过对连续光源进行光强调制获得高重频脉冲光源的可行性，并验证了混合放大方式是获得功率放大的一种有效手段。
高重频 窄线宽 光束质量 high repetition rate narrow bandwidth beam quality 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2807
