红外与激光工程
2022, 51(10): 20220069
1 中国科学院空天信息创新研究院光学工程研究部,北京 100094
2 中国科学院大学光电学院,北京 100049
3 中国电子科技集团公司第十一研究所固体激光技术重点实验室,北京 100015
针对热效应劣化激光光束质量、限制激光功率水平提升的问题,研究了激光二极管侧面折返泵浦的多边形Nd∶YAG的热效应,进行了有限元数值模拟计算和实验研究。对于侧面90°切割和45°切割的两种多边形薄片增益介质,对比分析了在侧面泵浦方式下,介质轴向及径向的泵浦光吸收功率分布和温度分布。实验测量了侧面折返泵浦模式下,45°切割的增益介质的荧光分布、温度分布和热致波前畸变,实验结果与理论分析吻合。研究表明,侧面折返泵浦的45°切割多边形薄片增益介质有利于实现储能近平顶分布,并进一步降低增益介质的热效应。
激光器 薄片增益介质 侧面泵浦 折返泵浦 热效应 中国激光
2022, 49(21): 2101002
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 国家半导体泵浦激光工程技术研究中心,北京 100094
受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering, SBS)是一种光学三阶非线性效应,其反射光具有相位共轭特性,在振幅、相位、偏振方面与入射光呈现时间反演关系,并保持与入射光相同的波前。在主振荡功率放大(Master Oscillator Power-Amplifier, MOPA)结构的纳秒激光器中,激光放大器中的热效应及光路中大量的光学元件使传输光束存在严重的波前畸变,在恶化光束质量的同时也限制了功率进一步提升的可能性。在此类激光器中使用基于受激布里渊散射的相位共轭镜(Stimulated Brillouin Scattering Phase Conjugate Mirror, SBS-PCM),使光束往返通过引入严重波前畸变的激光放大器能够实时补偿畸变,从而优化激光器的输出光束质量,并有利于功率的进一步提升,进而促进纳秒激光器向着兼顾高功率和高光束质量的方向发展,因此在高功率纳秒激光器中得到广泛应用。文中首先从理论方面简要介绍了SBS-PCM的基本原理及其相位共轭特性,其次对比了不同SBS-PCM介质的特点及适用范围,概述了国内外机构对SBS-PCM的研究进展及高功率纳秒激光器中SBS-PCM的典型应用情况及发展历程,并最终对SBS-PCM发展趋势进行了展望。
激光器 受激布里渊散射 相位共轭镜 高功率激光 lasers stimulated Brillouin scattering phase conjugate mirror high power laser 红外与激光工程
2021, 50(5): 20211024
1 中国科学院 空天信息创新研究院,北京 100094
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院 软件研究所,北京 100190
介绍了一种激光二极管叠阵(LDA)侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光放大器构型,采用三维光线追迹方法进行了详细的模拟仿真,优化设计了此放大器系统的泵浦耦合结构,主要研究了多边形增益介质的掺杂离子浓度与侧面切角对介质内部泵浦光分布的影响。在晶体厚度1.5 mm、端面口径16 mm的条件下,侧面切角在35°~65°,Nd3+掺杂浓度为0.20 at.%~0.30 at.%时,模拟仿真中Nd:YAG多边形薄片对泵浦光的吸收分布较均匀,泵浦光分布均匀性均优于0.1,同时在实验中得到了平顶的荧光分布和增益分布。介质内储能的均匀平顶分布有利于实现高功率高光束质量的激光输出,为侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光器系统的设计与进一步实验提供了重要参考。
薄片激光器 侧面Zigzag泵浦 泵浦均匀分布 激光放大器 thin-disk laser zigzag side-pumped pump uniform distribution laser amplifier
1 中国科学院空天信息创新研究院 半导体泵浦激光工程中心, 北京 100094
2 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
3 中国科学院软件研究所 天基综合信息系统重点实验室, 北京 100190
阐述了一种激光二极管叠阵以zigzag方式侧面泵浦多边形Nd∶YAG薄片放大器的模拟研究, 建模对Nd∶YAG晶体内泵浦光的吸收情况进行了深入的数值模拟与分析, 研究了晶体的Nd3+掺杂浓度对泵浦光分布均匀性的影响。研究表明, 采用多个方向泵浦和zigzag泵浦方式易于实现介质内泵浦光的均匀分布, 在晶体的Nd3+离子掺杂浓度为0.25at.%时, 仿真得到的泵浦光吸收分布为平顶型, 分布的均匀性均为0.0505。对侧面泵浦多边形薄片激光放大器的进一步研究提供了参考。
薄片激光器 激光二极管叠阵 侧面泵浦 泵浦分布 thin-disk laser laser diode array side-pumped pump light distribution
Author Affiliations
Abstract
The Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 10094, China
A laser diode array side-pumped Nd:glass square rod amplifier of the dimensions 12 mm×12 mm is designed. The fluorescence is evenly distributed in the Nd:glass amplifier. When the pump power is 66.32 kW, the small signal gain increases by 3.23 times. Under the condition of a 1 Hz repetition frequency, 50 mJ of injected seed-light energy, and a 10 mm×10 mm aperture, the output energy of the laser beam can reach 1.62 J during the four-pass amplification. The output energy stability of the laser pulse is 2.94% (RMS), and the square pulse distortion is smaller than 2. The energy amplification of the injected laser beam from millijoules to joules is realized.
140.3480 Lasers, diode-pumped 140.5560 Pumping 140.2010 Diode laser arrays 140.0140 Lasers and laser optics Chinese Optics Letters
2016, 14(2): 021403
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 北京国科世纪激光技术有限公司, 北京 100021
Author Affiliations
Abstract
The Academy of Opto-electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
To obtain a laser output with a high-quality beam and a square, super-Gaussian, flat-top distribution, a high-energy laser needs to conduct spatial reshaping of the geometric outline of an injected Gaussian laser pulse and the non-uniform gain of multi-level energy amplification units. A digital micro-mirror device is very suitable for a working environment that has a high electromagnetic interference in a high-energy laser system. We present an algorithm and an experiment of spatial beam shaping that is based on the use of a digital micro-mirror device. Through secondary shaping, the near-field modulation degree of the beam (the ratio of the maximum value of the light intensity to the average value) decreases from 1.79∶1 (after primary shaping) to 1.24∶1, an improvement of 30.7%. The energy loss is 32.9%. Meanwhile, the beam after secondary shaping possesses extremely strong stability. Under the condition where the input-shaping aperture remains unchanged, the dispersity of the near-field modulation degree of the output beam is only 1.6%. Thus, the influences of the environmental changes and the random distribution of the “noise” in the beam intensity distribution are reduced.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21410
1 中国科学院光电研究院 激光工程中心, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京国科世纪激光技术有限公司, 北京 100192
为了对微纳加工工件进行三维形貌测量,建立了基于数字微镜的并行激光共焦显微检测系统。首先,利用衍射光学对数字微镜的夫琅禾费衍射模型进行了研究。接着,利用数字微镜实现扫描像素单元为2×2,周期为T=3的并行扫描模式。然后对三维图像重构算法和激光散斑匀化进行了分析。最后,利用该系统分别对镀膜平板、WSZ位置灵敏阳极探测器以及螺钉进行了三维测量。实验结果表明,在轴向平移台步距为10 nm的条件下,该系统能准确重构出样品三维形貌。该共焦显微检测方法能大大提高共焦扫描速度,能很好地满足一般工业检测需求,本文为并行共焦检测技术提供了一条新的研究和应用方法。
并行共焦显微 数字微镜 三维图像重构 形貌测量 激光与光电子学进展
2013, 50(10): 101702
1 中国科学院光电研究院, 北京 100190
2 北京国科世纪激光技术有限公司, 北京 100192
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
在惯性约束聚变(ICF)驱动装置中利用液晶空间光调制器进行激光束的实时、可调控光束空间整形时,Gamma曲线呈线性变化有着重要意义。针对现有调整Gamma曲线呈线性变化的方法费时费力、效果不理想的现状,提出了一种新的调整方法,即依靠Lagrange插值将横坐标为灰度值、纵坐标为功率值的离散点拟合得到曲线方程,然后利用Bolzano二分法求得该曲线方程上与目标Gamma曲线中灰度间隔为1的功率值对应的新灰度值,将新、旧灰度值逐点替换使Gamma曲线呈线性变化。将其应用到大型高能量激光放大装置的光束整形中,得到近场调制度较低且长时间保持稳定的超高斯平顶光束。
激光器 光束整形 液晶空间光调制器 Gamma曲线 光束质量 激光与光电子学进展
2012, 49(6): 061402