作者单位
摘要
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 粒子输运与富集技术全国重点实验室,天津 300180
通过实验和仿真的方法,研究了多点分布的内部热源加热作用对紧凑型双路TEA CO2激光器谐振腔热稳定性的影响。采用直流风扇热交换抑制了高压电源的局部加热效应,通过调整热交换的效率,可在13~22 ℃环境温度范围内,使前后谐振腔镜受到的局部加热形变作用和环境温度引起的热胀冷缩作用基本抵消。为实现更宽温度范围的谐振腔稳定性,在有效热交换措施的基础上,根据模拟预测的形变规律,提出了谐振腔变形的角度补偿方法。使用传感器获得环境温度与设定初始环境温度的偏差,通过调整伺服电机步数实现对方位角的补偿,补偿值约0.28 step/℃,通过PZT促动器调整悬臂调谐结构末端位移,实现对俯仰角的补偿,补偿值约0.79 μm/℃。
TEA CO2 激光器 局部加热效应 腔体形变 角度补偿 TEA CO2 laser local heat effect cavity deformation angular compensation 
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230020
吴名俊 1,2谭荣清 1,2,*李辉 1宁方晋 1[ ... ]白进周 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院激光工程技术研究中心,北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
为实现高重复频率、窄脉冲激光输出,研制了一台声光调Q射频波导CO2激光器。首先,采用矩形波导耦合损耗理论分析了波导耦合效率与全反镜曲率半径、全反镜到波导口距离的关系,获得了波导耦合损耗较小时的优化参数。其次,研究了工作气压与激光输出的关系,以及脉冲拖尾长度与Q开关开启时间的关系。当工作气压为6.5 kPa,Q开关开启时间为0.6 μs时,获得了无拖尾脉冲波形,并分析了峰值功率、平均功率、脉宽等参数随重复频率的变化规律。设计的激光器可实现重复频率1 Hz~100 kHz可调。当Q开关开启时间为0.6 μs、重复频率为1 kHz时,获得的脉冲宽度为108.2 ns,峰值功率为2809.6 W;当重复频率为100 kHz时,脉宽为135.1 ns,峰值功率为257 W。当重复频率为70 kHz时,测得xy方向上的光束质量因子分别为1.50和1.21。
激光器 波导CO2激光器 高重复频率 窄脉冲宽度 声光调Q 
中国激光
2023, 50(22): 2201008
叶静涵 1,2朱子任 1,2白进周 1,2刘羽 1,2[ ... ]苏新军 3
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
3 粒子输运与富集技术国家级重点实验室,天津 300180
为了克服高气压CO2激光脉冲放大器增益谱线调制效应、平滑增益谱线包络以及减少次级脉冲输出,笔者以多种CO2同位素混合物为工作介质,建立了超短CO2脉冲放大模型,模拟了不同中心波长的长波皮秒激光脉冲注入不同气压、不同比例CO2同位素的高气压CO2激光放大器后的增益谱线特性和脉冲输出特性。模拟结果表明:在气压为5 bar、13C和18O原子占比均为50%的条件下,10.591 μm附近的增益谱调制度为19.65%,R支较P支增益谱调制度降低了约40%,较好地抑制了次级脉冲输出。在气压为10 bar的条件下,对脉宽为0.3 ps、能量为0.01 J的种子光进行模拟放大,结果显示:在9 μm波段,采用12C和13C的6种CO2同位素放大的激光脉宽相比采用12C的3种CO2同位素放大的激光脉宽压缩了28.14%,拖尾能量占比下降了46.37%;在10 μm波段,采用12C和13C的6种CO2同位素放大的激光脉宽相比采用13C的3种CO2同位素放大的激光脉宽压缩了23.26%,拖尾能量占比下降了40.06%。
激光光学 CO2激光放大器 CO2同位素 增益谱平滑 皮秒脉冲 
中国激光
2023, 50(11): 1101017
卢越 1,2朱子任 1,2白进周 1,2叶静涵 1,2[ ... ]李业军 3,**
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
3 中国原子能科学研究院,北京 102413
典型的可调谐横向激励大气压[TE(A)] CO2激光器输出激光的脉冲宽度为100~300 ns,并伴有3~10 μs的脉冲“拖尾”,在9~11 μm范围内输出约100条分立谱线。针对窄脉冲和连续调谐CO2激光器的应用需求,开展了多大气压CO2激光器的研究。采用高压脉冲调制电源,结合高气压脉宽压缩和光栅选线技术,实现连续调谐红外激光输出,脉冲宽度为30~50 ns。当工作电压为72 kV、气压为7.07×105 Pa时,输出激光脉冲的能量为590 mJ,脉冲宽度为35.7 ns,并在10R(32)至10R(26)谱线之间实现连续调谐输出。
激光器 CO2激光器 多大气压 连续调谐 脉宽压缩 
中国激光
2022, 49(23): 2301008
Yue Lu 1,2Ziren Zhu 1,2Jinzhou Bai 1,2Xinjun Su 3[ ... ]Yijun Zheng 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Science and Technology on Particle Transport and Separation Laboratory, Tianjin 300180, China
The spectral linewidth of a transversely excited pulsed CO2 laser is broadened at high working pressures. This phenomenon causes a decrease in the upper-level lifetime such that the pulse width is significantly compressed. Although the tail part of CO2 laser pulses owns a non-negligible proportion of total energy, it has minor effects during the interaction process between photons and materials due to its low amplitude. Thus, it is of great significance to yield the tail part and generate a narrow pulse in most applications. In this study, a continuously tunable pulsed CO2 laser with a low nitrogen proportion in the mixture is developed to generate tail-free short pulses; a minimum pulse width of 30.60 ns with a maximum pulse energy of 481 mJ is synchronously achieved at a pressure of 7 atm, and the estimated peak power is above 15 MW. A numerical simulation is also conducted for comparison with the experimental results. The contribution of the spectral gain toward the compression of the pulse width is discussed in the last section of this paper.
short pulse continuous tuning pulse compression 
Chinese Optics Letters
2022, 20(5): 051401
作者单位
摘要
1 1. 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
2 2. 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
射频电源是RF-CO2激光器中的一个重要部件。在开发一个新的RF-CO2激光器时,由于激光器负载和射频电源匹配失调,在调试过程中容易造成射频功放功率管击穿、烧损。为解决这一问题,设计了一套集数据采集、自动保护控制和可视化技术为一体的RF-CO2激光器射频电源监控平台。平台采用软件和硬件相结合的方式,在射频电源中嵌入控制模块,搭建数据采集系统和自动保护系统,并结合电路设计软件平台完成对射频电源的数据信息采集和保护控制。经过实验测试,平台可以有效避免射频电源功率管的损坏,实现射频电源的自动保护,并完成射频电源系统的数据采集和远程保护控制,缩短了RF-CO2激光器的调试周期,提高了整机的开发效率。
RF-CO2激光器 射频电源 电源监控 自动保护 RF-CO2 laser RF power supply power monitoring automatic protection 
红外与激光工程
2021, 50(S2): 20210035
作者单位
摘要
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 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
3 中国电子科技集团公司 光电研究院, 天津 300308
为了提高磁脉冲压缩电路效率并减小体积, 使用PSPICE电路仿真软件, 采用控制变量的方法, 对影响磁脉冲压缩电路的各个因素进行了理论分析和仿真验证。在以纳米晶材料作为磁芯、总压缩比为100、两级磁脉冲压缩电路体积最小的情况下进行了仿真分析。结果表明, 脉冲上升时间从6.7μs压缩到67ns, 符合脉冲气体激光器对于快放电时间的要求; 在负载电阻为250Ω、一级复位电流在1.09A~9.80A、二级复位电流在3.27A~14.50A时, 系统效率的最大值为81.9%; 负载电阻的取值以及复位电流过大过小都会对效率产生影响。该研究为激光器中磁脉冲压缩电路效率的进一步提升, 以及体积的小型化提供了参考。
激光器 磁压缩 PSPICE仿真 效率 体积 lasers magnetic compression PSPICE simulation efficiency volume 
激光技术
2021, 45(1): 13
作者单位
摘要
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 电子电气与通信工程学院,北京 100049
3 核工业理化工程研究院,天津 300180
实验研制了基于磁脉冲压缩系统的脉冲气体激光器用固态高压开关,实验中通过调节复位电流大小,负载电阻大小等相关参数实现了磁压缩开关输出效率达到最大值。经两级磁开关压缩后脉宽约压缩为原来的5%。压缩后脉冲上升时间约为180 ns,幅值约为16 kV。其中第一级磁压缩效率为89.2%,第二级磁压缩效率达到97.7%,总的压缩效率达到87.2%。接激光器后测得输出激光脉冲能量约为20 mJ,输出激光脉冲半高宽约为85 ns。
固态开关 磁压缩 上升时间 脉冲气体激光器 solid state switch magnetic compression rising time pulsed gas laser 
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200045
郑义军 1,*朱子任 1,2谭荣清 1,2石佳俊 1,2[ ... ]刁伟伦 1
作者单位
摘要
1 中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
报道了一种采用双路高速伺服电机驱动光栅选线的方式, 实现9~11 μm CO2激光快速调谐输出。双光路谱线切换时间小于100 μs, 单光路谱线切换时间小于50 ms。激光器输出谱线达70条, 其中9P(20)、9P(28)单脉冲输出能量大于100 mJ, 9R(30)、9P(40)单脉冲能量大于90 mJ, 激光脉冲宽度小于100 ns,重复频率为20 Hz。
CO2 激光器 快速调谐 双光路 CO2 laser rapidly tuning dual optical path 
红外与激光工程
2020, 49(1): 0105001
石佳俊 1,2,*郑义军 1谭荣清 1,2朱子任 1,2[ ... ]李志永 1
作者单位
摘要
1 中国科学院电子学研究所,北京100190
2 中国科学院大学,北京100049
通过优化驱动光栅的电机PI控制器参数确定方法,加强了伺服电机的定位精度及稳定性,提升了单光路可调谐TEA CO2激光器的弱线输出稳定性并缩短了调谐间隔。该参数确定的方法基永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)的频域模型,推导出了伺服三环比例积分控制器(Proportional Integral, PI)的解析表达式,并根据工程实际需求设定超调量与峰值时间,求出截止频率,以此确定满足最大相位裕度的条件下的伺服三环PI控制器的参数。采用PML40-530B8ANL交流直驱电机及G-POLHOR10P100EE-E0驱动器搭建了光路实验装置对上述参数进行了验证,转台定位系统的超调量为4.86%,调节间隔为19.5 ms。基于该转台系统搭建了快调谐TEA CO2激光器,在20 ms调谐间隔下进行激光器弱线能量稳定性实验,9P(44)谱线的单脉冲能量小于74 mJ,能量波动范围小于±3.35%,能量稳定度提高了3.62倍。
TEA CO2激光器 选线输出 快调谐 永磁同步电机 PI控制器 参数确定 能量稳定度 TEA CO2 laser line selection output fast tuning PMSM PI controllers parameter tuning energy stability 
红外与激光工程
2019, 48(10): 1005001

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