1 中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024
2 建材行业特种光电材料重点实验室，北京 100024
3 中建材光芯科技有限公司，山东 枣庄 277101
通过半导体激光二极管(LD)垂直阵列端面泵浦Nd:YAG晶体获得了高能量1 064 nm调Q激光输出。根据LD波长随温度线性变化的物理特性，通过调节LD温度改变泵浦光波长，使其偏离Nd:YAG的吸收峰，降低了激光介质泵浦端面增益，有效抑制了制约调Q激光输出能量的自激振荡。在LD泵浦能量530 mJ时，产生了95 mJ的1 064 nm激光输出，相应的光光转换效率为18%，调Q动静比为73%，激光脉宽8 ns，光束发散角为2.5 mrad.
全固态激光器 端面泵浦 调Q 自激振荡 all solid state laser end pumping Q-switching self-excited oscillation 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200304
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司, 北京 100024
2 建材行业特种光电材料重点实验室, 北京 100024
采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比, 垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点, 更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时, 产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出, 光光转换效率达到22.5%, 激光脉宽为8 ns, 发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度, 通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益, 从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡, 为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。
垂直腔面发射激光 端面泵浦 调Q激光 自激振荡 Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL) end pump Q-switched laser self-excited oscillation
2 μm激光应用于激光雷达探测等领域, 对于波长的要求比较精确, 研究了激光器结构参数对准三能级Tm:YAG激光器输出波长的精细调控技术。基于侧面泵浦激光器泵浦阈值的理论模型, 通过对不同谱线的泵浦阈值进行数值模拟, 研究结果表明: 通过改变晶体温度、激光介质长度、输出耦合率等途径可实现激光器的输出波长在2.0~2.1 μm的光谱区内的精细调控。
激光器 准三能级 泵浦功率密度 波长精细调控 laser quasi-three-level pump power density wavelength switchable accurately 红外与激光工程
2018, 47(8): 0830003
1 中国建筑材料科学研究总院, 北京 100024
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 中国科学院 理化技术研究所, 激光物理与技术研究中心, 北京 100190
采用硼酸锂(LBO)晶体腔外和频Nd∶YAG 1 064 nm与1319 nm激光获得了高功率准连续微秒脉冲钠导星激光。通过改进的欧拉方法数值模拟了和频过程的三波耦合方程, 优化了基频光的束腰大小与LBO晶体长度。为了提高和频效率, 通过像传递系统对两路基频光进行扩束整形实现了空间模式匹配, 通过精确控制触发延时实现了时域激光脉冲同步。研究了500, 600, 800及1000 Hz条件下的和频输出特性, 结果显示, 该条件下分别产生了53, 42.6, 27及22 W的589 nm激光输出, 相应的和频效率分别为21.8%, 20.3%, 16.9%和16.3%。 黄光最高功率时的光束质量因子M2为1.32, 脉冲宽度为100 μs。采用了PZT与步进电机复合控制系统进行稳频, 实现频率的波动为±0.2 GHz, 保证了黄光波长在钠原子D2a谱线的吸收谱内。该项研究为获取50 W级高功率准连续微秒脉冲钠导星激光提供了有效的技术支持。
钠导星激光 高功率激光 硼酸锂(LBO)晶体 和频 稳频 sodium guide star laser high-power laser Lithium Borate(LBO) crystal sum-frequency generation frequency stabilization 光学 精密工程
2017, 25(10): 2661
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础，对通过非线性介质的高斯光束传输行为进行理论分析，分别给出了强吸收、无吸收情况下开孔、闭孔Z扫描曲线公式；对不同条件下非线性介质的归一化透过率进行数值模拟计算，发现Z扫描曲线透射峰和透射谷表现出3种新的特性：随着入射激光峰值光强的增加，Z扫描曲线透射峰的高度受到抑制,而透射谷则加强变得更深；非线性相移的增加对Z扫描曲线透射峰和透射谷均有增高和加深的作用；激光束束腰半径越大，Z扫描曲线的峰谷特征越明显。
Z扫描技术 高斯光束 非线性介质 反饱和吸收 Z-scan technique Gaussian beam nonlinear medium reverse saturable absorption
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
为了研究沙漠、草地等具有连续分布特点的自然地物对星载激光测高仪回波特性的影响，以菲涅耳衍射理论为基础，建立连续地面物理模型，采用网格划分的方法，对地面平均高度以及地面高度均方差对回波形状、功率和脉冲宽度等特性的影响进行了数值模拟研究。结果表明，若地面高度均方差一定，地面平均高度的变化不会引起脉冲回波信号的变化，而地面高度均方差的变化会直接导致回波信号的变化。
激光技术 激光测高仪 回波信号 地面平均高度 地面高度均方差 laser technique laser ranging return signal surficial average height surficial height mean square error
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
基于猫眼效应的激光主动侦察技术有效地结合了激光技术、成像传感技术和微弱目标的信息处理技术，可实现对远距离微弱目标的主动探测和识别,是光电对抗领域的一项重要技术，其中作用距离是侦察系统的主要参量之一。为了评估激光主动侦察系统的作用距离，以猫眼目标的光学窗口所反射的激光回波功率为基础，分析了影响作用距离的因素，建立了最大作用距离的数学物理模型，数值模拟了发射激光峰值功率、发射激光束散角、大气能见度、探测器灵敏度以及等效反射面离焦量对最大作用距离的影响。结果表明，通过减小发射激光束散角，提高探测器灵敏度可以有效提高系统的作用距离；为满足不同情况的天气需求，可选择不同波长的激光光源。这一结果可用于指导激光主动侦察的系统设计或者作为衡量系统性能的标准。
激光技术 激光主动侦察 猫眼效应 回波功率：作用距离 laser technique active laser detection cat-eye effect echo power detection distance
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191
以热传导理论和热弹应力理论为基础，建立了连续平顶激光辐照锗材料的二维非稳态物理模型。对受辐照锗材料的热-力场分布进行数值模拟，比较了激光辐照时间对靶材热-力场分布的影响，探讨了温度场及应力场空间梯度随半径的分布以及激光辐照时间对热-力场空间梯度的影响。计算结果表明，靶材中心温升效应最大，而应力最大值出现在光斑半径外侧;光斑边缘处温度场和应力场梯度绝对值均达到最大，随着辐照时间的延长，材料同一点温度场和应力场梯度均增大。在给定条件下，计算了靶材的损伤时间，应力损伤域值最先达到。
温度场 应力场 温度梯度 应力梯度 temperature distribution stress distribution temperature gradient stress gradient
