Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
2 Institute of Applied Electronics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 430079, China
3 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100193, China
A high-power CW Yb:YAG slab laser amplifier with no adaptive optics correction has been experimentally established. At room temperature, the amplifier emits a power of 22 kW with an average beam quality (β) of less than 3 in 0.5 min. To our knowledge, this is the brightest slab laser without closed-loop adaptive optics demonstrated to date. In addition, an extracted power of 17 kW with an optical extraction efficiency of 33%, corresponding to a residual optical path difference of less than 0.5 µm, is achieved with the single Yb:YAG slab gain module. The slab gain module has the potential to be scalable to higher powers while maintaining good beam quality. This makes a high-power solid-state laser system simpler and more robust.
laser amplifier Yb:YAG slab laser surface quality pumping uniformity Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031402
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
3 天津凯普林光电科技有限公司，天津 300300
亚纳秒激光因其对光电器件的损伤优于纳秒激光和飞秒激光，而被广泛应用于光电对抗领域。然而，在常规水冷条件下实现输出数百赫兹焦耳级亚纳秒激光还面临较大的挑战。笔者课题组面向**重大需求，结合端面泵浦微片晶体百皮秒激光产生技术和多程多级板条激光放大技术，对板条激光器的放大性能进行大量的实验研究，并提出了温控双端泵浦技术，弥补双端泵浦结构的缺陷。实现板条激光器单脉冲能量952 mJ，重复频率500 Hz的激光输出，这将为光电对抗系统所需的高重频大能量激光提供优质光源。
板条激光 双端泵浦 高重频 亚纳秒 slab laser dual-end pumping high-repetition rate sub-nanosecond 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230423
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
为实现片状结构高重复频率大能量激光放大器的高效热管理，采用有限元分析（FEA）方法，充分考虑增益介质内部非均匀热分布、微通道热沉中的流速、对流扩散等影响因素，引入流-热-固多物理场耦合数值分析模型，对激光放大器热沉进行分析优化，并基于优化结果探讨了不同流速下微通道热沉的散热冷却能力。模拟结果表明：当基底厚度、单个微通道高度和宽度、两微通道的间距时，微通道热沉冷却能力最强，热阻最小；微通道内冷却液流速过大会导致较大的流动压力损失；微通道热沉的平均等效换热系数可达 W/（m2 ·K）。
激光器 微通道 片状激光放大器 非均匀温度分布 流-热-固耦合模型 数值仿真
1 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094
高功率固体激光技术的发展史就是一部与“废热”的斗争史, 为抑制热效应对光束质量的不利影响, 先后出现了热容激光器、薄片激光器、板条激光器以及光纤激光器, 新的增益介质形态结合先进的散热技术将激光输出功率提升至百千瓦量级。固体激光增益介质的热学性能是限制激光功率进一步取得突破的重要瓶颈。因此, 寻找具备超高热导率的激光晶体材料意义重大。本文介绍了上述四种激光器的基本原理及其在高功率激光方面取得的研究进展, 从提高增益介质材料热导率的角度出发, 对目前已有的方法和研究成果进行了分析与总结, 对超热导激光晶体研究和高功率激光技术的发展进行了展望。
高功率激光 热效应 激光晶体 超高热导率 热容激光器 薄片激光器 板条激光器 光纤激光器 high-power laser thermal effect laser crystal ultra-high thermal conductivity heat capacity laser thin disk laser slab laser fiber laser 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1560
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
采用激光二极管(LD)来泵浦Yb∶YAG板条晶体被动调Q双波长激光器,开展可控激光输出偏振态的实验研究。实验搭建紧凑的V型谐振腔,通过调节输出镜(OC)的倾角可以实现激光输出从0°水平线偏振到90°垂直线偏振的切换。通过实验设计可以得出最终的输出偏振态取决于腔内的附加相位差,当腔内附加相位差为π时,输出偏振由水平偏振向垂直偏振切换。实验结果表明:当OC倾角的变化量约为3.6 mrad时,线偏振态从水平偏振切换至垂直偏振,水平线偏振的消光比最优为28.98 dB,垂直线偏振的消光比最优为25.96 dB;在泵浦功率为18.42 W时,获得了1.66 W的平衡双波长激光输出,对应的脉冲宽度为42.6 ns。
激光器 被动调Q 板条激光 偏振控制 双波长输出
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 中国人民解放军63867部队，吉林 白城 137000
3 吉林江机特种工业有限公司八分厂，吉林 吉林 132021
自适应光学校正技术可有效提升固体板条激光器的光束质量，但随着激光器输出功率的提升，输出光束口径逐渐增加，系统体积逐渐增大，自适应光学校正系统的设计难度也增加了。因此，在满足自适应光学校正系统中共轭探测等需求的前提下，统筹优化系统的尺寸参数，同时实现波前相位、光束质量评估等多参数的检测具有一定的研究意义。本文在系统整体尺寸为350 mm×180 mm×220 mm（长×宽×高）的条件下，研究实现了板条激光器输出160 mm×120 mm矩形光束多参数的检测。针对探测口径大、筒长限制、长出瞳距等技术要求，首先，利用双高斯初始结构的消像差特点，结合非球面技术，采用大倍率光束压缩后分光探测的设计方案，实现多参数的同时探测。其次，基于摄远成像和共轭成像等原理，确定系统初始参数。接着，建立仿真模型分析系统的成像质量和公差，为实验的搭建提供依据。最后，搭建实验平台验证设计结果。结果表明：所设计系统可在满足物像共轭、尺寸约束等条件下，实现对大口径矩形光束的共轭波前探测、光强均匀度检测和光束质量评估。实验测得被测光束β因子为1.24倍衍射极限，均匀度为73.8%，满足技术指标要求。
板条激光器 自适应光学校正 矩形光束 共轭波前探测 光束质量评估 slab laser adaptive optical correction rectangular beam conjugate wavefront detection beam quality evaluation
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 航天科工微电子系统研究院有限公司, 四川 成都 610213
在自适应板条固体激光器光束净化研究中,基于最小二乘法的传统自适应光学系统以斜率残差平方和最小为校正目标。当激光器光束的波前畸变无法被变形镜完全补偿且补偿后仍然有大量的波前残差时,斜率残差平方和最小不能等效于光束质量最优值,因此该方法只能获得系统的次优解。针对此问题,提出一种新颖的自适应光学校正方法。该方法以提高光束质量为目标,根据波前畸变以及变形镜的校正能力,使用优化算法对波前传感器的标定位置进行优化,再使用传统自适应光学系统进行像差补偿。仿真结果表明,相较于未进行标定优化的传统自适应光学系统,使用该方法可以在变形镜校正能力有限的情况下有效提升自适应光学系统的校正效果。
自适应光学 像差补偿 板条固体激光器 标定优化 中国激光
2021, 48(23): 2305001
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621999
3 中国工程物理研究院研究生院，北京 100088
计算了Yb∶YAG板条选通角并优化设计了放大链路构型。对比分析了反射式像传递系统优势并计算了像传递系统的球差，结果表明，反射式像传递系统可大幅减小系统球差，有利于提升放大激光光束质量。室温下搭建了基于单个Yb板条的三通主振荡器功率放大系统，通过采用反射式像传递放大链路设计，同时优化泵浦激光与种子激光的近场强度匹配，实现在无主动光学校正系统下，功率7.13 kW、光束质量优于2倍衍射极限的激光输出。
激光器 Yb∶YAG 板条激光放大器 光束质量 像传递系统 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1114007
强激光与粒子束
2020, 32(12): 121009
1 中国科学院 理化技术研究所 中国科学院固体激光重点实验室，北京 100190；中国科学院大学，北京 100190
2 中国科学院 理化技术研究所 中国科学院固体激光重点实验室，北京 100190
对多种全固态激光中的光谱合成技术进行了探讨和研究，包括光纤激光、Yb:YAG板条激光和半导体激光。对于光纤激光，探讨了基于单个多层介质膜（MLD）光栅、一对MLD光栅、多个体布拉格光栅三种衍射光学元件的光谱合成技术中色散造成的光束质量退化问题，指出子束光谱线型的二阶矩全宽决定了光束质量的退化量，但所允许的光谱宽度又依赖于具体的技术选择途径。进而比较了三种光谱合成方案的优缺点。对于固体激光，实验演示了基于Yb:YAG晶体的板条激光实现光谱合成的原理可行性。通过设计一个基于MLD光栅的振荡器内的光谱合成装置，实现了7束子激光最高241 W的光谱合成输出，合成后光束质量β因子约4.1，表明大功率Yb:YAG板条激光具有通过光谱合束技术实现功率进一步提升的潜力。对于半导体激光，提出并设计了大模场外腔半导体激光+快轴光谱合成的技术。实验演示了9个1 mm宽LD芯片沿快轴方向的光谱合成，用β因子评价合成后的光束质量，在慢轴方向β≈6.3，在快轴方向β≈1.6，表明快轴光谱合成造成的光束质量退化是完全可控的。
光谱合成 光束质量 板条激光 半导体激光 光谱线形 Yb:YAG spectral beam combing beam quality slab laser Yb:YAG laser diode spectral lineshape 强激光与粒子束
2020, 32(12): 121008
