1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 张江实验室，上海 201210
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
研究了薄片激光器中晶体与热沉的封装技术和核心技术，采用薄片晶体与金刚石热沉的光胶工艺，自主设计并研制了5 mm口径的YAG/Yb∶YAG复合薄片激光模块，分析了该薄片激光模块的多通泵浦系统，建立了晶体热效应数值仿真模型，实验测量了在2.2 kW/cm2泵浦功率密度、940 nm泵浦波长下薄片晶体的热焦距为445.6 mm；采用基于光胶工艺封装的薄片激光模块搭建连续激光器，在70 W泵浦功率下获得了18.75 W功率的基横模输出，斜率效率和光光转换效率分别为36.59%和26.79%。
激光器 薄片激光器 多通泵浦 热效应 连续激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出，是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统，连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 ns的激光输出，水平方向上的光束质量因子（）和竖直方向上的光束质量因子（）分别为1.12和1.10。基于腔内光束指向主动控制技术，2 h输出的平均功率稳定性峰谷（PV）值和均方根（RMS）值分别为6.42%和0.56%。在600 μs脉冲泵浦情形下，光光效率达16.1%。在10 kHz重复频率下，获得了53.3 W的高平均功率的激光输出，和分别为1.07和1.06。
激光器 薄片激光器 再生放大器 脉冲泵浦 激光稳定性
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
采用光强度调制鉴相方案,使用直接数字频率合成器(DDS)和激光驱动器产生频率稳定的调制激光,注入待测光路,在待测光路后进行光电转换和放大,引入参考本振信号作为混频器相位参考信号,利用混频器测量待测光路信号与参考本振信号的相位差,获得光路延时信息。主要特点如下:提出了在本振信号链路三段移相的差分式检测方法,优化了鉴相点,提高了测量精度;采用单段短时两相位点测量模式,有效降低了光源功率波动、光路中光强波动、光电探测及放大电路增益波动、温度变化导致相位差漂移等带来的测量误差;在每个相位点多次测量采样,根据测量的平均值计算相位差,推导时间差。详细分析了测量电压和被测时延之间的函数关系,分析了影响测量精度的因素,构建验证系统,完成了实验验证。实验结果表明:本方案在4 ns的时延内的测量精度可达1 ps,大幅提升了现有高功率激光装置的同步测量精度。
测量 混频器 光电检测 时延 中国激光
2020, 47(10): 1004002
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
在使用高功率激光装置进行物理实验时,高精度时间同步的时标系统是实现物理过程精确诊断的必要条件。为了满足物理实验需求,该系统采用任意波形发生器输出信号时分复用结合高速电光调制的技术方案,同源产生了主激光、时标光、电时标和高精度触发信号等多路信号。时标系统共可输出532,355,266 nm三种波长共10路梳状时标光信号及8路梳状电时标信号、两路快前沿高幅值触发信号。时标信号与主激光时间同步抖动峰峰值达到12.80 ps,梳状时标光信号脉冲周期峰值抖动为6.40 ps,接近目前采用的测量系统极限。完成了时标系统在高功率激光装置中的应用演示,满足了诊断设备应用要求;对条纹相机不同扫程进行时间基准标定实验,可有效校准相机大扫程的时间误差。
激光光学 时标系统 高精度时间同步 任意波形发生器 条纹相机 中国激光
2019, 46(11): 1101011
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
基于光寻址空间光调制器的等效电路仿真及稳定性测试实验,对纯相位型光寻址空间光调制器的稳定性进行分析和优化。结果表明,光阀液晶层的电压脉冲波形会引起光寻址空间光调制器对读出光的相位调制波动,而驱动电压频率与写入光强度同时影响相位调制波动幅度及相位调制量。由实验测量得到的光寻址空间光调制器的相位改变量曲线可知:当驱动电压周期比响应时间小95%时,最大相位改变量对应的相位波动率减小为0.35%,但此时相位调制能力仅为0.8λ;通过优化光寻址空间光调制器驱动条件参数,可获得1λ的相位调制能力,同时最大相位改变量对应的相位波动率为1%。
空间光调制器 电压波形 垂直偏振 相位波动
1 上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 高功率激光物理联合实验室 上海 201800
采用单偏振光纤远程传输待测光, 结合上升沿与顶端波形分离处理的时域恢复算法, 提出一种远程精确测量激光时间功率曲线的方法, 并对高功率激光驱动器前端系统中1 053 nm脉冲光的时间功率曲线进行了远程测量实验.结果表明, 该方法有效避免了幅频调制对激光脉冲时间功率曲线测量的影响, 获得了高保真的远程传输时间波形, 引入的误差在每1 ns范围内小于0.8%, 可用于高功率激光系统的时间功率曲线远程集中测量.
光纤光学 非线性光学 信号处理 单偏振光纤 时间功率曲线 色散 幅频调制 Fiber optics Nonlinear optics Signal processing Single polarization fiber Temporal power profiles Dispersion FM-to-AM modulation
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory on High Power Lasers and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China
We present a lamp-pumped Nd: phosphate glass laser amplifier delivering up to 1 J of pulse energy at 1053 nm with a repetition rate of 1 Hz and an injected pulse energy of 2.5 mJ. The amplifier system employs a beam-shaping module and a four-pass, lamp-pumped amplifier. The thermally induced wavefront distortion is mitigated and a uniform gain distribution is obtained by a four-lamp-pumped laser head in the amplifier. Thus, an excellent beam quality is obtained.
140.3280 Laser amplifiers 140.5560 Pumping 140.6810 Thermal effects 140.3295 Laser beam characterization Chinese Optics Letters
2017, 15(1): 011401
1 上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
搭建了一台中等重复频率、高峰值功率的Nd∶YAG激光器。激光器主要包括三部分：单纵模全光纤种子源、LD抽运的Nd∶YAG再生放大器和氙灯抽运的Nd∶YAG功率放大器。该系统获得了平均功率为12 W、重复频率为10 Hz、单脉冲能量为1.2 J、脉冲宽度为3 ns的激光输出, 工作波长为1064 nm, 输出光束口径为10 mm, 95%的能量在600 μrad范围内, 近场光强近平顶分布, 近场光强调制度小于1.2, 时间波形近似方波, 能量稳定性均方根值小于1.4%。
激光器 高峰值功率 激光放大器 纳秒脉冲 可调脉冲波形
1 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
提出应用于激光脉冲高精度时间同步测量的技术方案。利用时间数字转换技术, 精确测量激光脉冲相对延时, 测量精度可小于10 ps(峰谷值)。为满足测量电路对脉冲宽度的要求, 设计针对短脉冲激光的电脉冲展宽模块, 可以将百皮秒量级的电脉冲展宽至纳秒量级, 引入时间抖动的均方根值小于2 ps。该测量方案实现了实时高精度时间同步测量, 可以作为时间同步反馈补偿的实时监测使用。
激光器 高功率激光驱动器 光参量啁啾脉冲放大 时间同步 同步测量 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 081401
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
对电寻址振幅型空间光调制器(SLM)在高功率激光系统中存在的问题进行了分析。理论分析了电寻址空间光调制器的黑栅效应对光束近场光束整形效果的影响, 提出了通过优化空间滤波器的小孔参数获得最佳整形效果的技术方案, 并计算了小孔滤波后的能量利用率。同时, 分析了液晶空间光调制器的开口率对光束整形的影响, 为了提升近场整形精度, 空间光调制器的开口率最好大于64%。研究了纯振幅型空间光调制器调制过程中引入的相位畸变, 从理论分析和实验验证两方面得出了附加相位分布图, 计算得出最大附加相位为0.135λ,对激光装置的影响在可接受范围之内。
光学器件 电寻址调制器 黑栅效应 开口率 附加相位
