1 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710028
2 上海交通大学四川研究院，四川 成都 610200
基于羟基标记示踪速度测量技术，研究了基于该技术中激光光解水产生的OH-进行温度测量的双色平面激光诱导荧光（PLIF）方法和荧光强度测温方法，进而开发了一种新的速度、温度同时测量技术，并在电加热流场及超燃冲压发动机流场进行了测量验证。在室温至900 K的温度范围内，与热电偶温度测量结果比，基于光解OH-的双色PLIF温度测量的平均标准偏差为12.1 K，基于光解OH-荧光强度的温度测量最大偏差为16.8 K，速度测量不确定度在1%以内。在超燃冲压发动机流场中，利用CARS温度测量数据作为温度测量标定点，获得了标记线上温度、速度的同时测量结果，其中所得温度与CARS温度测量结果的最大偏差为44 K。
测量 速度温度同时测量 羟基示踪 光解离 激光诊断 光学学报
2023, 43(17): 1712001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
2 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
对793 nm、1.6 μm和1.9 μm三种不同泵浦波段下千瓦级掺铥光纤激光器的输出特性开展了数值模拟研究。在1 kW输出功率下，对不同泵浦波段的输出效率和热特性进行了对比分析。结果表明，在793 nm泵浦下，受益于交叉弛豫过程，量子效率可超过100%，但是其整体斜率效率依然不高，导致激光器产热严重，废热与输出功率比达80.8%，光纤端面温度也相对较高。在同带泵浦下，激光器效率得到明显提升，尤其是在1.9 μm同带泵浦下，激光器斜率效率达90%以上，废热也得到显著抑制，使用低掺杂光纤时，增益光纤温度整体在50 ℃以内。对同带泵浦下掺铥光纤激光器的功率提升开展了初步估算和数值模拟，估算表明在同带泵浦下，掺铥光纤激光器的功率提升主要受限于受激布里渊散射、模式不稳定、外包层损伤以及光损伤等四个因素。数值模拟结果表明，同带泵浦下热载显著降低，掺铥光纤激光器的功率提升不会受到模式不稳定的影响，而外包层损伤和受激布里渊散射成为主要的限制因素。对于1.6 μm和1.9 μm同带泵浦，在25 μm芯径尺寸下，激光器最高输出功率可分别达5.9 kW和12.7 kW。
西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
在辐射环境中工作的光纤激光器受到的辐射损伤会导致激光器功率退化,进而引起辐射致产热,从而影响到激光器的正常应用和系统安全。基于此,建立一种辐射环境表征参量与光纤激光器增益光纤内功率、热效应和温度分布的关系模型,开展稳态γ射线作用下掺镱双包层光纤激光器的功率特性及热效应的数值模拟仿真。研究了辐致损耗、辐射剂量、光纤长度以及泵浦方式对输出功率的影响,并对不同泵浦方式下增益光纤内的热效应进行了分析。相关结果能够为光纤激光器的辐射效应研究工作及在辐射环境下的工程应用设计提供参考。
激光器 光纤激光器 辐射效应 辐致损耗 功率退化 热效应
西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
采用离线和在线两种方式对光纤激光器的增益光纤进行γ射线辐照,实验研究了γ射线辐照对激光器功率特性的影响。通过离线辐照实验发现,经过一定剂量的射线辐照,当泵浦功率大于某一值之后,光纤激光器的斜率效率基本保持不变。通过总辐射剂量为2580 Gy的在线辐照实验发现,激光器的输出功率在辐照初期呈指数衰减,降到最低值之后,会出现小幅的回升,然后趋于稳定。通过计算光纤激光器在两种辐照方式下的功率退化率随辐射剂量的变化规律后发现,在辐照的初期,在线辐照激光器的功率退化率较大,但是随着辐射剂量的增加,两种辐照方式下激光器的功率退化率逐渐趋于一致。采用光纤辐致损耗的色心理论对实验结果进行了初步解释。
激光器 辐射效应 辐致损耗 色心 功率退化 中国激光
2019, 46(12): 1201005
西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
数值模拟975 nm和1975 nm双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器。计算给出激光功率和粒子数密度随时间和位置的二维分布,计算结果与实验报道吻合较好。模拟双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器实现稳定连续激光振荡的整个过程,计算分析泵浦功率、1975 nm泵浦光重叠因子、输出镜反射率、离子间相互作用等参数对3.5 μm激光功率的影响,分析ESA2产生显著影响的条件。数值模拟对深入理解双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器的动力学过程和优化激光器设计有一定指导意义。
激光光学 中红外双波长泵浦 氟化物光纤 有限差分法 中国激光
2019, 46(10): 1001008
1 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 西安交通大学电子与信息工程学院陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
建立了适用于2.8 μm增益开关掺Er
3+的氟化物光纤(Er∶ZBLAN)激光器的计算模型,并进行了数值模拟。模拟发现存在最佳输出镜透过率使得输出功率最大,同时耦合率也影响脉宽、峰值和脉冲形态。模拟了抽运功率对脉冲形态的影响,发现弱抽运时两个抽运周期内仅出现一个信号光脉冲,而强抽运时一个抽运周期内出现多个信号光脉冲的现象。通过模拟发现了若干未被实验报道的新现象和规律,如耦合率对输出功率、能量、脉冲形态的影响规律;抽运功率阈值附近会出现与抽运周期一致的弱信号脉冲等。研究表明,在适当耦合率和抽运功率时,2.8 μm Er∶ZBLAN激光器可以实现稳定增益开关脉冲输出。
激光器 中红外 增益开关 脉冲激光器 Er∶ZBLAN;
西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
研究了重复频率HF脉冲激光器的气体介质对激光输出能量稳定性的影响规律。计算结果表明,激光器放电区内SF6的解离率约为1.5%(略高于实验测量值),工作气体介质的消耗速率为2.2×10
15 (cm
-3·s
-1),但消耗量比气体的初始量小3~4个量级。通过合理控制激光器内HF的分子浓度,并适时补充激光器气体介质,可以提高激光器输出能量的稳定性。激光器输出能量变化分为过渡阶段和维持阶段,其中过渡阶段决定了重复频率工作模式下HF激光器的总体出光能力。计算结果可为重复频率非链式HF脉冲激光器设计提供技术支持。
激光器 中红外激光 重复频率脉冲HF激光器 动力学分析 封闭循环
中红外3 μm波段被动锁模超短脉冲光纤激光光源在**和民用方面都有潜在应用,如激光医疗、激光光谱学、材料处理及产生中红外超连续谱的抽运源等。基于掺钬或钬谱共掺、掺铒或铒镨共掺的ZBLAN光纤的中红外被动锁模光纤激光器成为国内外研究热点。已有报道中中红外被动锁模光纤激光器连续锁模时最高输出平均功率为1.05 W。本课题组利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,在对光纤端面进行有效防护和进一步优化激光器结构的条件下,在室温时实现了平均功率超过3 W的中红外连续锁模激光输出,斜率效率为22.6%。
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
3 哈尔滨工业大学 空间环境材料行为与评价技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
面向2 μm掺铥光纤激光器的空间应用，本文针对典型商用掺铥光纤(TDF)开展了γ射线辐照效应实验研究。利用60Co源放射的γ射线，对由5段同批次Nufern公司SM-TDF-10P/130-HE型TDF样品搭建的2 μm光纤激光器进行总剂量为90 krad(Si)、剂量率为05~30 rad/s的辐照效应在线测试。结果表明，TDF的出光性能在辐照过程中出现了显著衰减，衰减幅度随着剂量率的上升而增大。通过对TDF样品在辐照前和辐照后的吸收光谱进行对比测试，观察到在经过总剂量9 krad(Si)的γ射线辐照后，TDF对793 nm泵浦光的吸收峰接近消失。对前述经历γ辐照之后的TDF样品进行2 h的793 nm泵浦光漂白实验测试，未见其出现性能恢复现象。可见，面向空间应用的该典型掺铥光纤需大力提高耐空间辐射性能。
掺铥光纤 空间辐照 γ射线辐照效应 Tm-doped fiber spatial radiation gamma-ray irradiation effect
西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
采用1150 nm光纤激光振荡器作为抽运源, 实现了3 μm波段中红外掺钬光纤激光器出光。该激光器采用线性谐振腔结构, 其由镀金全反镜与切割角度为0°的光纤端面构成。增益介质为一段长为4.5 m的双包层钬镨共掺氟化物光纤, 纤芯直径为10 μm, 纤芯数值孔径为0.2。当1150 nm抽运激光器功率为1.43 W时, 中红外掺钬光纤激光器输出功率为115 mW, 激光器系统的光-光转换效率为8.0%。在输出最大功率时, 输出激光中心波长为2868.4 nm, 输出光谱的半峰全宽为1.3 nm。相关研究成果对研制高功率紧凑型中红外掺钬光纤激光器具有一定的参考价值。
激光器 掺钬光纤 中红外波段 氟化物光纤
