强激光与粒子束
2023, 35(4): 041009
二极管抽运固体激光器的散热问题是激光器能量输出稳定的关键问题。为了解决散热问题, 以激重频50Hz、激光输出能量不小于150mJ的风冷YAG固体激光器为例, 计算了激光器产生的热量, 构建了激光器二极管及散热部件3维模型, 利用FloEFD软件进行热分析, 优化了分析结果并进行了试验验证。结果表明, 循环工作3次后, 激光器输出155mJ、50Hz的激光能量, 激光束散为2.9mard, 散热器的温度约为85℃;该设计稳定可靠, 可以解决该激光器的散热问题, 以满足激光器各项指标, 保证其正常工作。该研究为激光器更深层次的热设计提供了参考。
激光器 重频 二极管 热设计 仿真 lasers repetition frequency diode thermal design simulation
为了提高高重频掺钕钒酸钇激光器的放大效率, 提出了一种针对Nd∶YVO4单轴晶体的新型双程放大方式, 采用法拉第隔离器与Nd∶YVO4晶体旋转45°放置的方式, 使得种子激光在往返通过晶体时的线偏方向均为π偏振方向。结果表明, 在100W抽运功率下, 1W种子激光采用该双程放大方式的输出功率能够达到36.2W, 放大效果较之偏振片与λ/4波片组成的双程放大结构提高了41.5%。本研究对以Nd∶YVO4单轴晶体为放大级的弱种子激光放大有重要意义。
激光器, 双程放大, Nd∶YVO4晶体, 窄脉冲, π偏振 lasers, double-pass amplification, Nd∶YVO4 narrow pulse π polarization
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 海军装备部, 北京 100071
为了满足军用远程激光测距机对小体积高峰值功率固体激光器的应用需求, 采用短腔长、正交偏振电光调Q技术, 设计了小型风冷LD抽运Nd∶YAG固体激光器, 并对样机进行了实验验证。结果表明,激光器重量630g、重频20Hz、输出能量85mJ、脉冲宽度3.9ns、激光峰值功率21.8MW、束散角1.9mrad, 满足了小型化和高峰值功率的要求。该激光器具备较强环境适应性, 目前已实现工程化应用。
激光器 远程激光测距机 脉冲激光器 电光调Q 峰值功率 束散角 能量稳定度 lasers remote laser rangefinder pulsed laser electro-optic Q-switched peak power divergence angle energy stability
为了解决激光二极管抽运波长随温度漂移导致激光器输出能量下降的问题, 采用激光二极管抽运源波长匹配及凹凸稳定谐振腔技术实现免温控, 并进行了理论分析和实验验证。该激光器腔长210mm, 电光转换效率5.7%; 输出单脉冲能量大于60mJ, 在10℃～30℃范围内, 能量稳定度优于5%; 激光器输出光斑直径4mm、脉冲宽度8ns、激光器10Hz工作时, 激光远场束散角为1.1mrad。结果表明, 实验与理论分析计算结果符合, 该激光二极管侧面抽运免温控激光器可在一定温度范围内保持稳定的能量输出。该理论分析与方案对研究免温控激光器具有重要意义。
激光器 脉冲激光器 电光调Q 免温控 二极管抽运激光器 能量稳定度 lasers pulse laser electro-optic Q-switched free temperature control diode pumped laser energy stability
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
为了获得高重频窄脉冲高光束质量激光输出, 采用LD抽运Nd∶YVO4晶体声光调Q方案, 进行了相关理论分析和实验验证, 振荡级获得了重频25kHz、单脉冲能量22.4μJ、脉冲宽度2.19ns、光束质量因子M2<1.2的种子激光, 光光转换效率为24.3%; 放大级获得了重频25kHz、单脉冲能量585μJ、脉冲宽度2.26ns、光束质量因子M2<1.7的激光输出, 提取效率为15.6%。结果表明, 采用LD抽运Nd∶YVO4晶体声光调Q方案能够获得高重频、窄脉冲、高光束质量激光输出, 其实验现象与理论计算结果较为符合。
激光器 高重频 窄脉冲 声光调Q lasers high repetition short pulse acousto-optically Q-switched
为了在限定的包络结构内完成小型激光器冷却部件的设计, 并保证激光器和冷却部件的安装精度、发射天线的精度和水箱的散热能力, 根据该激光器的技术指标, 确定了采用的金属材料和焊接方式, 进行了一体化和小型化设计。采用有限元分析软件和SolidWorks软件对冷却部件中的重要零件进行静态分析, 以确保其精度和可靠性。最后将加工完成的实物进行温度特性试验、冲击振动特性试验和高低温环境下叠加冲击振动试验。结果表明, 冷却部件未出现撕裂、漏液等质量问题; 激光器的束散角为2.5mrad, 输出能量为86mJ, 脉宽为12ns, 满足设计要求。该设计稳定可靠, 可运用于多种机载激光测距机或指示器。
激光技术 结构设计 静态分析 散热 一体化设计 小型化 laser technique structure design static analysis heat dissipation integrated design miniaturization
为了研制一种能在-40℃～+65℃环境下适用于机载吊舱的小型风冷重频二极管抽运Nd∶YAG板条激光器, 克服采用热电恒温二极管抽运源的一系列问题, 采用了无热电恒温二极管抽运源的方法, 并进行了实验验证。结果表明, 该激光器能在-40℃～+65℃环境下, 以20Hz～30Hz脉冲重复频率稳定可靠的工作, 激光输出能量100mJ～150mJ, 激光脉宽6ns～7ns, 激光束散角经4倍天线扩束后约1mrad。该激光器能适用于多种机载或车载激光测距/指示仪。
激光器 二极管抽运 无热电恒温 板条 lasers diode pump without thermoelectric cooler slab
为了分析喷流冷却技术对薄片激光器的冷却效果，从湍流换热理论出发，定义了评定喷流冷却换热能力和冷却均匀性的两个参数: 面均对流换热系数和平均最大温差。利用ANSYS CFX流体力学仿真软件，建立喷流冷却的物理模型，对多种喷板结构进行求解计算。设计加工了整套喷流冷却实验装置，并进行了模拟热源喷流冷却实验。分析结果表明，喷流冷却换热能力和冷却均匀性主要受喷板结构参数的影响，仿真计算结果可以定性地指导喷板结构参数的优化设计。
薄片激光器 喷流冷却 对流换热系数 湍流仿真 disk laser jet cooling heat transfer coefficient turbulence simulation 强激光与粒子束
2014, 26(1): 011003
1 西南技术物理研究所， 四川 成都 610041
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
3 四川大学 电子信息学院， 四川 成都 610065
提出了一种新型支撑结构以解决大口径晶体重力凹陷作用引起的三倍频转换效率损失问题。有限元分析结果表明：当KDP晶体及支撑结构均为理想平面时，重力作用导致的三倍频转换效率的损失量几乎为0。同时，针对不同倾斜角度下的接触面加工误差对三倍频转换效率的影响进行了大量的数值模拟。计算结果表明：采用新型支撑结构，不同倾斜角度对三倍频转换效率的影响基本相同；支撑结构表面存在随机加工误差对三倍频转换效率的影响程度较小；而当支撑结构存在凸形或凹形加工误差时，加工误差容许值必须控制在5 μm范围内以实现高效三倍频输出。
非线性光学 惯性约束聚变 支撑结构 三次谐波 重力凹陷 加工误差
