1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
2 西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西 西安 710065
为了实现高精度绝对距离测量，提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统，获得了两路同频外差干涉信号，对其进行比相测量，得到合成波干涉条纹的小数级次；对被测距离进行粗测，可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次，从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统，实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm，其标准差为0.13 μm；当被测绝对距离为900 mm时，其重复测量平均值为899.3851 mm，标准差和测量不确定度分别为1.36 μm和4.08 μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。
大频差双腔双频Nd∶YAG激光器 正交解调Pound-Drever-Hall稳频 绝对距离干涉测量 合成波长 马赫-曾德尔干涉仪 光外差 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312025
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春理工大学 理学院, 吉林 长春 130022
利用超声剥离法制备了超薄层MoS2纳米片分散液可饱和吸收体, 以石英池为容器插入Nd∶YAG激光器的平凹谐振腔中, 调节谐振腔镜的位置并增大泵浦功率, 成功实现了Nd∶YAG激光器被动调Q脉冲输出。实验结果显示,泵浦功率为2.46 W时, 激光器开始调Q运转。泵浦功率为14.55 W时, 实现了485 mW的脉冲激光输出功率, 重复频率为189.75 kHz, 脉冲宽度为1.2 μs, 对应的最大脉冲能量为2.56 μJ。结果表明, 超薄层MoS2分散液是适用于1 064 nm波长固体激光器被动调Q运转的可饱和吸收体材料。
超薄层MoS2纳米片分散液 可饱和吸收体 Nd∶YAG激光器 被动调Q脉冲 ultrathin MoS2 nanosheet dispersion saturable absorber Nd∶YAG laser passive Q-switched pulse
非相干激光汤姆逊散射诊断只需要假设电子速度满足Maxwell分布, 测量得到的等离子体电子温度与电子密度的数据准确可靠, 是托卡马克和其他磁约束核聚变研究装置上重要的诊断工具, 并朝着高可靠性、 高空间分辨和高重复测量频率的方向发展, 其中高可靠性是前提。 电子的汤姆逊散射截面很小, 其总截面为σT=6.65×10-25 cm2, 通常使用电光调Q的 Nd∶YAG激光器作为散射光源, 激光脉冲宽度约10 ns、 脉冲能量约3 J, 用5~8通道的光谱仪对散射光谱进行测量与分析。 如何对光电探测模块输出的散射脉冲进行数据采集, 是激光散射诊断的关键问题之一。 以前使用电流积分式的数据采集器(Q-ADCs, 如CMC080模块), 在一个确定的时间宽度(如50 ns)将散射脉冲信号积分在采样电容器上, 从而得到散射信号的强度值, 这种方法很难排除电路噪声和外来干扰。 该研究通过使用高速数据采集器(纵向分辨率≥10 bits、 采样频率f≥1 GS·s-1, 如V1742B模块)在包含散射信号在内的时间段(如300~500 ns)进行采集, 获得散射脉冲信号、 等离子体发光的扰动与背景噪声等叠加在一起的数据序列。 利用最小二乘法, 用高斯函数对散射脉冲的波形进行拟合, 然后在50 ns时间宽度对散射波形脉冲进行数值积分, 就得到散射信号的强度值。 结果表明, 高速同步采集技术的使用, 能够用数字滤波技术排除大部分的干扰, 从而提高信噪比, 其幅度可以达到10倍左右。 提取到更加准确可靠的光谱数据后, 以置信水平95%、 误差权重的最小二乘法开展数据处理, 用A.C. Selden散射谱表达式对电子温度进行参数估计, 得到了电子温度的测量值, 其统计误差为3%左右, 优于以前的10%左右。
汤姆逊散射 高温等离子体 Nd∶YAG激光器 散射光谱 电子温度 Thomson Scattering High-temperature plasma Nd∶YAG laser HL-2A tokamak Electron temperature
1 大连海事大学船机修造工程交通行业重点试验室, 辽宁 大连 116026
2 大连海事大学轮机工程学院, 辽宁 大连 116026
采用Nd∶YAG脉冲激光器在高硅铝合金缸套表面进行微造型,研究了典型激光参数对微坑几何形貌的影响。随能量密度的增大,微坑直径先增大后保持不变,最大值达到100 μm,激光能量密度对凹坑深度的影响较小;微坑直径和深度随着脉冲次数增加均呈先增加后减小趋势,当脉冲数为20时,微坑直径和深度达到最大值,均约为140 μm;对高硅铝合金缸套烧蚀阈值进行计算,得到1个脉冲条件下的烧蚀阈值φth=2.08 J/cm 2,因能量累积效应,缸套的烧蚀阈值随脉冲数增加而减小。在微坑深度、直径一定的情况下,不同面积占有率的微织构均能起到减磨的作用,其中10%和20%的面积占有率的减磨效果明显优于5%的面积占有率。
激光器 铝合金缸套 Nd∶YAG激光器; 能量密度 脉冲次数 微坑 激光与光电子学进展
2020, 57(13): 131402
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 北京卫星制造厂, 北京 100094
为探究激光毛化火山口坑点形貌特征的演变过程,搭建了LD泵浦窄脉冲Nd∶YAG激光毛化实验装置。针对3A21铝合金试件,选取激光单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲数及离焦量作为待研究的工艺参数,采用单因素法研究近平顶光束作用下毛化坑点形貌的演变规律。研究结果表明:单脉冲能量增大时,坑点形貌由倒梯形向倒三角形转变;随着脉冲宽度变窄,坑点周围形成相互竞争的金属熔渣及陨石坑;随着作用于坑点的脉冲数增多,坑点的形貌及其特征参数趋于稳定;随离焦量增大,坑点边缘的微凸体逐渐减小直至消失。研究结果为3A21铝合金材料表面高质量的激光毛化提供参考。
激光光学 激光毛化 3A21铝合金 坑点形貌 脉冲Nd∶YAG激光器; 激光与光电子学进展
2019, 56(24): 241404
陕西师范大学 物理学与信息技术学院, 陕西 西安 710119
利用WS2的可饱和吸收特性, 在激光二极管侧面抽运Nd∶YAG固体激光器Z型腔结构中分别实现了被动调Q和被动调Q锁模运转。实验表明: 当泵浦电流为9.5 A时, 开始启动调Q运转, 当泵浦电流大于9.8 A时, 调Q激光脉冲趋于稳定。当泵浦电流为12.8 A时, 被动调Q输出的最大平均功率为466 mW, 最窄脉冲宽度为3.205 μs, 对应的重复频率为71.70 kHz, 此时最大单脉冲能量为6.5 μJ。当泵浦电流达到13.4 A时, 激光器实现调Q锁模运转。调Q锁模的最高输出功率为590 mW, 调Q包络频率为71.98 kHz, 单个调Q包络内的脉冲串重复频率123.1 MHz, 每个调Q包络中包含369个脉冲, 单脉冲能量为22.2 nJ。结果表明WS2材料可以作为可饱和吸收体用于固体激光器中。
WS2可饱和吸收体 Nd∶YAG激光器 被动调Q锁模 WS2 saturable absorber Nd∶YAG lasers passive Q-switched mode locking
1 厦门大学 能源学院, 厦门 361005
2 厦门大学 物理与机电工程学院, 厦门 361005
为了在硅中掺入过饱和的过渡金属杂质, 采用自行设计的线形大功率Nd∶YAG激光辐照表面溅射钛的硅片, 对辐照后样品进行了俄歇电子能谱测试, 利用2维热力学模型, 对连续激光扫描的过程进行了热力学模拟。结果表明, 硅中的钛掺杂浓度远高于钛在硅中的固溶度, 钛的最高浓度在表面下方一定距离处; 硅片中的最高温度并不在硅的表面, 温度分布导致了钛的分布不在表面; 模拟结果与实验结果吻合得较好。线形连续激光能够通过对材料表面扫描辐照的方式进行加工, 实现过饱和掺杂。
激光技术 Nd∶YAG激光器 硅材料 线形光斑 钛掺杂 过饱和 laser technique Nd∶YAG laser Si material line shape spot Ti doping supersaturation
激光诱导击穿光谱是一种基于激光的定性、定量分析化学元素的方法, 可用于分析混合室中的橡胶共混物。本文采用波长为1 064 nm、脉冲能量为100 mJ的Nd∶YAG激光诱导击穿光谱法检测橡胶共混物中锌的分散情况。实验表明, 正确混料决定了橡胶产品的质量, 较短的混合时间将会导致混料的不均匀分散; 焦距等参数设置对光谱线强度影响较大。激发标定样品可产生标定曲线。通过行扫描可分析锌在橡胶共混物中的分散情况。通过估算沿着行扫描方向的强度分布, 可检测由于混合时间较短和旋转速度不同而引起的锌均匀性变化。
激光诱导击穿光谱 橡胶 Nd∶YAG激光器 锌 LIBS rubber Nd∶YAG-Laser zinc
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院精密仪器系, 西安 710048
为了产生频差可调谐1 064 nm双频激光输出, 设计了一种扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器, 其两个驻波谐振腔共用相同的Nd∶YAG增益介质, 以扭转模结构消弱增益空间烧孔效应, 使Nd∶YAG激光器的两个驻波腔均以单纵模振荡, 从而获得正交线偏振1 064 nm双频激光输出.理论分析了扭转模结构激光单纵模选择原理和双频激光同时振荡原理, 实验研究了双频激光振荡特性和频差调谐特性.研究结果表明：双频Nd∶YAG激光器的两个谐振腔能够同时以线偏振单纵模稳定振荡输出, 其频差大小可随激光腔长的改变而调谐, 频差调谐范围可达1个纵模间隔, 实验观察到的频差调谐范围为0.3 GHz～3 GHz.
双频激光器 Nd∶YAG激光器 扭转模 单纵模选择 频差调谐 Dual-frequency laser Nd∶YAG laser Twisted-mode Single longitudinal mode selection Frequency-difference tuning
华南师范大学 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
针对现有激光器多光路加工特点, 采用Nd∶YAG脉冲激光器为光源, 研制出激光器双光路输出分时控制系统。提出了具体的分时分光技术方案, 设计出能够实现分时分光的分光装置, 以及对装置的工作状态进行实时控制的分时控制电路, 并确定了系统的程序流程。在不降低输出功率的前提下, 实现了激光在不同时间、不同输出端口的输出, 完成了分时分光。为避免因分光装置抖动而造成的光纤损坏, 利用黑色相纸对光斑进行采样。结果表明: 在全反镜改变位置后至激光输出, 延时300 ms为最佳时间。该系统能实现激光的时分复用、动态分光, 满足了多光路输出需求; 而且系统的扩展能力强, 能够根据实际激光加工状况, 为激光加工设备的改进和升级提供思路。
Nd∶YAG激光器 双光路 分时控制 分光装置 Nd∶YAG laser double-pass time-sharing control beam split device
