1 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
3 思达威（北京）能源科技有限公司，北京 100097
4 中国石油勘探开发研究院，北京 100083
随着人类能源需求的增长，油气钻井活动日益频繁。激光钻井在能源领域具有极大的应用价值，有望实现井下原位玻璃套管的制造，以替代传统金属套管，为油气钻井工程节省大量时间和资金。激光辐照岩石玻璃化的稳定形成是实现玻璃套管的关键因素。基于激光扫描花岗岩实验并结合物相检测和数值模拟方法，对激光烧蚀花岗岩玻璃化的影响因素和机理进行了研究。结果表明，受激光扫描后，花岗岩各组成矿物按熔化的难易程度分别发生熔化和碎裂现象，部分表面转化为深色玻璃；高速气流可有效清除岩石碎屑和粉尘，且能够提高激光作用效率和增加岩石玻璃的附着力；花岗岩易受温度作用而发生破裂，其较低的扫描速度和气流辅助条件有利于玻璃化的形成。在实际工程应用中，采用控制扫描速度和辅助高速气流的方法控制岩石的温度作用，形成稳定岩石玻璃和制造稳固覆盖于硬岩表面的原位玻璃化井壁。本研究探究了激光扫描作用岩石的玻璃化机理，为拓展激光钻井的工程应用提供了重要参考。
油气钻井 激光钻井 玻璃化 花岗岩 套管 温度应力 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514002
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
2 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
激光破岩技术在油气开采、矿业挖掘等方面具有很大潜力，然而现阶段有关激光破岩的多数研究还处于理论与实验探索阶段。高能激光钻井破岩是一项涉及光学、材料、力学等学科的复杂技术，需要对激光与岩石作用过程中的物理化学变化、岩石力学性质、激光参数等问题进行研究，在实际应用之前有许多难题需要解决。本文针对激光与岩石作用机理，对近年来的相关研究成果在多方面进行了归纳总结。现阶段对激光破岩机理的研究仍在不断进行，其中数值仿真、实验研究是研究激光破岩的主要方式。此外，本文还总结了激光破岩的应用研究进展，并分析了未来激光破岩的发展趋势。
激光技术 激光破岩 钻井提速 破碎机理 岩石性质 激光参数 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1700007
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
数值模拟了基于级联振荡产生4.3 μm高功率连续激光的Dy∶PGS激光器。模拟了级联振荡Dy∶PGS激光器实现稳定连续输出的全过程,计算给出了激光功率和粒子数密度在谐振腔内的空间分布,分析了泵浦光功率、晶体长度和输出镜反射率对4.3 μm激光输出的影响。计算结果表明:级联振荡能有效去除Dy∶PGS晶体的自终止效应,获得高功率、高效率的4.3 μm激光输出;当1.7 μm泵浦光功率为10 W时,4.3 μm激光的输出功率可达2.535 W,斜率效率为29%;晶体最佳长度区间为12~24 mm,闲频光输出镜反射率越高越好,信号光输出镜反射率最佳区间为0.8~0.9。
激光器 中红外激光 级联振荡 数值模拟 Dy∶PbGa2S4晶体;
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
提出了利用1.7 μm和2.3 μm双波长泵浦掺镝 (Dy) 氟化铟 (InF3) 光纤产生4.3 μm中红外激光的方案。计算了泵浦光功率、信号光功率以及粒子数密度在腔内的空间分布,数值分析了泵浦光功率、输出镜反射率、光纤长度、光纤损耗等对激光输出功率的影响。计算结果表明,双波长泵浦能有效地去除自终止效应,进而实现4.3 μm激光输出,激光输出功率主要取决于2.3 μm泵浦光功率。当1.7 μm泵浦光功率一定时,输出激光功率随2.3 μm泵浦光功率的增加呈线性增加;当2.3 μm泵浦光功率一定时,存在最佳的1.7 μm泵浦光功率,其使得激光输出功率最大。研究结论为在光纤中产生高功率连续波运转的4 μm波段激光提供了一种可行方案,该方案对利用双波长泵浦Dy∶InF3光纤激光器获得4 μm波段激光具有指导意义。
激光器 光纤激光 中红外激光 数值模拟 镝离子
Author Affiliations
Abstract
1 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
2 Collaborative Innovation Center of IFSA (CICIFSA), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Mianyang 621900, China
4 Center for Crystal Research and Development, Key Laboratory of Functional Crystals and Laser Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
5 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100088, China
We report an efficient mid-infrared extracavity optical parametric oscillator (OPO) based on the nonlinear crystal BaGa4Se7 pumped by a diode-side-pumped Q-switched Nd:Y3Al5O12 (Nd:YAG) laser. The maximum pulse energy of 1.03 mJ at 4.25 μm is obtained with the repetition rate of 10 Hz and pulse width of 12.6 ns when the pump energy was 13.5 mJ, corresponding to an optical-to-optical conversion efficiency of 7.6% from 1.064 μm to 4.25 μm. The idler wave slope conversion efficiency was 12%. To the best of our knowledge, it is the highest reported conversion efficiency for the compact BaGa4Se7 OPO driven by the Nd:YAG laser.
140.3070 Infrared and far-infrared lasers 190.4970 Parametric oscillators and amplifiers Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121402
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳 621900
2 中国工程物理研究院四川省新材料研究中心，四川成都 610200
3 云南北方驰宏光电有限公司，云南昆明 655000
4 成都蓝隼光电科技有限公司，四川成都 610100
波长在 3～5 .m波段的中红外激光由于处于大气窗口波段，同时又是众多原子及分子的吸收峰，因此在光谱学、医学、通信、遥感、环境监测及红外对抗领域有着广泛而重要的应用前景。目前，固体激光器实现中红外激光输出的途径按照工作介质划分主要包括以 Fe:ZnSe晶体为代表的过渡金属掺杂硫族化合物激光器、以 MgO:PPLN晶体为代表的光参量振荡器，及以 ZGP晶体为代表的光参量放大器 3种类型。本文分别介绍它们的技术路线及近年来的最新研究进展，讨论了高能高功率中红外固体激光器的关键技术问题，并对其发展趋势进行了展望。
中红外激光 固体激光 ZGP晶体 光参量振荡器 mid-infrared laser solid-state laser ZGP crystal optical parametric oscillator
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 IFSA协同创新中心上海交通大学, 上海 200240
报道了一种基于大模场光子晶体光纤放大的高峰值功率飞秒脉冲激光系统。该激光器系统采用光纤啁啾脉冲放大结构,种子源采用重复频率为40 MHz,脉冲宽度为500 fs,输出功率为10 mW的光纤激光器。利用体布拉格光栅(VBG)将脉冲展宽至500 ps,经过多级放大并利用声光调制器降频为500 kHz,然后采用大模场纤芯直径为40 μm和85 μm光子晶体光纤作为功率放大器,最后采用VBG压缩脉宽至767 fs,得到平均功率为104 W的激光输出,其中心波长为1030 nm,实现了峰值功率为0.271 GW的近衍射极限激光功率输出。
激光器 光纤放大器 高峰值功率 啁啾脉冲放大 超短脉冲
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 IFSA协同创新中心 上海交通大学, 上海 200240
4 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
根据非线性薛定谔方程建立了基于可饱和吸收体被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器的理论模型, 研究了中红外超短脉冲在掺Er3+氟化物光纤激光器中形成的物理机制, 数值模拟了被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器中中红外超短脉冲的演化过程, 重点分析了掺Er3+增益光纤长度, 可饱和吸收体不饱和损耗对被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器产生中红外超短脉冲的影响, 并给出了参数设置范围。研究发现: 当小信号增益系数、可饱和吸收体不饱和损耗、腔内净色散量为一定值, 掺Er3+氟化物光纤长度在一定范围时, 才会出现稳定的锁模脉冲, 且随着掺Er3+氟化物光纤长度增加脉冲宽度变窄、光谱变宽、峰值功率增高; 当掺Er3+氟化物光纤长度、腔内净色散量、小信号增益系数为一定值时, 可饱和吸收体不饱和损耗在一定的范围时可以得到稳定的锁模脉冲, 且随着可饱和吸收体不饱和损耗的增加脉冲宽度变窄, 光谱先变宽后变窄变化范围不大, 峰值功率增加。
光纤激光器 超短脉冲 中红外 氟化物光纤 fiber laser ultrashort pulse mid-infrared fluorine fiber 红外与激光工程
2016, 45(11): 1136004
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
对于皮秒脉冲激光器作为测距光源在激光远程测距系统中的应用进行了探讨。通过对脉冲激光测距现状及远程测距发展需求的分析，提出了皮秒脉冲激光在远程激光测距系统中的应用方案。简要介绍了皮秒脉冲激光在卫星激光测距系统中的应用情况，进而分析了皮秒脉冲激光在远程测距系统的应用可行性。设计了一种简单的皮秒脉冲激光远程测距系统。
测量 光学设计 远程激光测距 皮秒脉冲激光 卫星激光测距 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 102203
