1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
3 空装驻天津地区第三军事代表室，天津 300308
4 天津理工大学 电气电子工程学院，天津 300384
5 陆军研究院装甲兵研究所，北京 100072
利用速率方程模型对主振荡−功率放大器结构的1 μm波段掺镱（Yb）高功率光纤激光器中存在连续波反向信号光时的功率特性进行了理论分析，结果显示反向信号光功率会被高功率激光放大器所明显放大，10 kW级的光纤激光器中，100 W的反向信号经过放大器后功率会被放大至kW量级；与此同时，反向信号放大过程对反转粒子数的消耗会导致激光器的正向输出功率的严重下降。另外，反向信号放大也会导致放大器输出端的激光功率过强，加剧泵浦吸收和受激发射过程，增加该处的热负载、导致温度大幅上升100 ℃以上，对稳定性产生潜在影响。反向信号导致振荡器提供的正向种子光功率波动和下降时，正向信号不能充分饱和有源光纤中的增益，会进一步加强反向信号在主放大级中的放大作用，进而对系统造成更严重的影响。提高正向种子光功率、增强正向信号对激光增益的饱和作用，有助于抑制反向信号的放大过程，但需综合考虑种子源稳定性、热负载、热致模式不稳定和受激拉曼散射等因素合理选择种子光功率。
光纤激光器 光纤放大器 速率方程 反向信号放大 损伤阈值 fiber laser fiber amplifier rate equation backward signal amplification damage threshold 红外与激光工程
2020, 49(10): 20200009
1 北京工业大学 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
2 北京工业大学 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
3 北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100124
4 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
为实现光纤激光器径向偏振光的高效输出, 提出并搭建了基于液晶聚合物(LCP)的纳秒脉冲掺镱(Yb)主振荡器功率放大(MOPA)系统。该系统采用空间相位转换法, 利用LCP涡旋半波片将全光纤MOPA激光器输出的高峰值功率、窄线宽、线偏振、高斯形分布的纳秒脉冲信号转换为横向强度呈空心环状分布的拉盖尔-高斯光。MOPA激光器系统由窄线宽连续种子源、电光强度调制器和后续的5级YDF放大器组成, 通过实验获得了20.1 W的稳定LP01模输出。而后的LCP涡旋波片用作空间模式转换器, 最终获得的平均输出功率为19.5 W, 脉宽为10 ns, 重复频率为10 kHz, 横向剖面呈规则空心环形的径向偏振光输出, 模式转换效率可达97%。另外, 通过PBS测量法测得径向偏振光的模式纯度约为88.5%, 兼具高功率与高纯度的优势。
光纤激光器 径向偏振光 主控振荡器的功率放大器 空间相位转换 高功率 高纯度 fiber laser radially polarized beam Master Oscillator Power-Amplifier (MOPA) space conversion of phase high-power high mode purity
1 北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
4 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
研制了一种TEC制冷LD侧泵高能量、高光束质量、电光调Q全固态Nd∶YAG激光器。 在主振荡器中晶体棒的尺寸为φ7 mm×100 mm, Nd原子数比例为1.1%, LD泵浦的最大峰值功率为15 kW, 在重复频率为10 Hz时, 获得了350 mJ输出能量, 脉冲宽度为9.7 ns, 光束质量因子M2在水平和垂直方向分别为3.3和3.8。使用主振荡功率放大结构, 提高了最终的输出功率。第一级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ7.5 mm×134 mm, 在输出重复频率10 Hz、泵浦电流80 A、泵浦脉冲宽度200 μs时, 得到最大单脉冲能量700 mJ, 脉冲宽度10 ns。第二级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ8 mm×100 mm, 泵浦电流为80 A。最终我们获得了最大的单脉冲能量1 085 mJ, 脉冲宽度10 ns, 能量不稳定度小于3%, 测量的光束质量因子M2在水平和垂直方向分别为3.9和4.8, 实现了焦耳级高光束质量Nd∶YAG激光器的小型化、无水冷化。
脉冲激光 LD侧泵浦 电光调Q pulse laser LD side pump MOPA MOPA electro-optic Q switched
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 中国电子科技集团第五十三研究所, 天津 300000
报道了一种紧凑型激光二极管(LD)侧面抽运的高能量全固态Nd∶YAG主振荡功率放大系统。放大系统整体采用半导体制冷器进行冷却, 实现了激光系统的紧凑化和小型化。主振荡器使用了直径为7 mm、长度为100 mm、掺杂浓度(原子数分数)为1.1%的Nd∶YAG晶体棒, 在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350 mJ、脉宽为9.7 ns的激光输出。功率放大级使用直径为7.5 mm、长度为134 mm、掺杂浓度为1.1%的Nd∶YAG晶体棒作为增益介质, 放大后得到了能量为700 mJ、脉宽为10 ns的激光输出。
激光器 全固态激光器 高能量 半导体制冷器 激光二极管抽运 主振荡功率放大
1 北京工业大学 激光工程研究院, 北京100022
2 中国电子科技集团第五十三研究所, 辽宁 锦州121000
研制了无温控多波长激光二极管阵列端面泵浦Nd∶YAG电光调Q激光器。采用4 000 W多波长准连续激光二极管阵列作为泵浦源, 快轴准直镜与透镜导管作为泵浦耦合系统, 端面泵浦6 mm×60 mm的Nd∶YAG晶体, 并采用RTP晶体进行电光调Q实验。在重复频率5 Hz、室温(25 ℃)时, 激光器获得了最大输出能量74.4 mJ、脉宽15 ns的1 064 nm脉冲激光输出, 光光转换效率达到11%。在25~55 ℃的工作温度下, 对多波长LDA的光谱特征与激光器的输出特性作了测试, 激光器输出能量随着工作温度的上升而先迅速下降再逐步保持稳定, 当重复频率分别为5 Hz和10 Hz时, 激光器对应的最低输出能量分别为48 mJ与37 mJ。
全固态激光器 多波长激光二极管阵列 透镜导管 电光调Q 高能量 all-solid-state-laser multi-color laser diode array lens duct electro-optical Q-switched high energy
光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
开展了可见光CCD对脉宽为100 fs的808 nm高重频、低重频激光与808 nm连续激光的线性响应对比实验。实验结果表明, 当CCD处于线性响应范围时, CCD对脉宽为100 fs的激光与连续激光的能量响应率之比均接近1, 说明响应特性无差别。同时由CCD原理可知, 响应输出与积分时间内接收到的激光能量成正比, 说明CCD的能量响应率与脉冲宽度、激光重复频率无关。
飞秒激光 连续激光 响应特性 重复频率 femto-second laser continuous wave (CW) laser CCD charge-coupled device (CCD) responsivity repetition frequency
光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
开展了不同CCD参数、不同激光参数条件下强光辐照CCD实验, 观察到了CCD串扰现象。从实验结果中获得以下结论, CCD串扰与入射光波长相关, 任一列的串扰线灰度值分布与对应列上光强成正比, 任一行上的串扰线灰度值总和N与光强成正比, 任一行上的串扰线灰度值与行间转移时间成正比, 串扰线灰度值总和N与焦面处光斑形状、CCD积分时间无关, 并给出了描述CCD串扰特性的数学表达式。
行间转移CCD 串扰特征 积分时间 行周期 interline transfer (IT) CCD crosstalk feature integrated time period of interline
1 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
2 沧州职业技术学院, 河北 沧州 061000
根据热传导理论建立了板条和块状晶体的热传导方程, 通过对热传导方程的求解以及数值模拟, 对比分析了高泵浦功率下Tm:YLF板条和块状晶体的温度分布, 热应力和热透镜效应。计算结果表明, 板条晶体更适合高功率激光输出, 可为提升激光器功率提供必要的理论指导。
热效应 温度分布 Tm:YLF Tm:YLF thermal effect temperature distribution
1 北京工业大学激光工程研究院， 北京 100124
2 中国电子科技集团第五十三研究所， 辽宁 锦州 121000
研制了一台无水冷激光二极管（LD）侧面抽运高能量、高光束质量全固态Nd:YAG调Q激光器。激光器采用半导体制冷器（TEC）进行整体冷却，有利于激光器的小型化、便携化。实验使用的Nd:YAG晶体棒尺寸为φ7 mm×100 mm，掺Nd的原子数分数为1.1%，LD抽运的最大峰值功率为15 kW。在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350 mJ、脉冲宽度为9.7 ns、光-电转换效率为6.7%、能量稳定度小于5%的1064 nm激光输出，水平和垂直方向的光束质量M2分别为7.7和12.3。
激光器 Nd:YAG激光器 高能量 激光二极管侧面抽运 中国激光
2016, 43(11): 1101005
光电信息控制和安全技术重点实验室， 河北 三河 065201
介绍了TEA CO2激光器串联谐振充电电源技术，对全桥串联谐振变换器的工作原理进行了数学分析，推导出充电回路上的瞬态和平均充电电流与谐振元件参数之间的关系。采用SG3525 和IR2110 等集成电路，设计出适合高压大功率TEA CO2激光器的高效实用型充电电源。
串联谐振 充电电源 DC-DC变换 series resonant charging power supply DC-DC converter SG3525 SG3525 IR2110 IR2110
