作为非常典型的高功率固体激光器，“之”字光路板条激光在过去二十年取得了重要的进展，相继发展提出了高平均功率面泵浦板条放大器、多段掺杂板条、高亮度泵浦Yb: YAG板条等新技术。文章对板条激光的技术发展历程进行了回顾、分析和评述，包括它的设计原则、传输功率放大规律以及为了优化性能而产生的各种改进方法。在对板条激光功率定标能力进行一般性讨论基础上，针对性地分析讨论了提高输出功率和改善光束质量的的技术发展趋势，预期高平均功率板条激光技术未来还有相当大的发展空间。
板条激光 高平均功率 二极管泵浦 slab lasers high average power diode pumping 红外与激光工程
2020, 49(7): 20190456
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
为解决传统随机梯度下降(SPGD)算法参数难以实时调节、收敛速度较慢的难题,提出了一种基于自适应增益及联合指标优化的高效SPGD算法,建立了该算法的数值仿真模型,并将该算法用于千瓦级板条激光器的光束净化。仿真结果表明:与传统SPGD算法相比,提出的算法无需参数调节,且收敛速度和收敛效果均有显著提升,在对千瓦级板条激光器的光束净化实验中,激光光束质量β由7.89优化至1.95。
激光光学 光束净化 板条激光器 自适应光学 随机并行梯度下降算法
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
随着激光二极管技术的发展, 以及一些先进热管理方案和新型加工工艺的涌现, 固体激光器的输出功率已达到百千瓦量级, 而光束质量的控制问题却日益凸显。本文归纳了板条激光器的光束质量控制技术, 对当前已经实现了的几种技术路线进行了深入细致的分析, 包括静态相位校正技术、非线性光学校正技术、自适应光学校正技术、几何光学校正技术等, 并分别介绍了其工作原理、研究进展以及优缺点。
板条激光器 热效应 波前畸变 像差校正 光束质量 slab lasers thermal effects wavefront aberrations aberration correction beam quality
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
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 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
4 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
5 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
理论设计了二极管端面抽运Nd:YAG复合陶瓷板条, 制作了双浓度掺杂的Nd:YAG复合陶瓷板条。当二极管总抽运功率为18.06 kW时, 通过双程放大提取了7.08 kW的激光功率, 光光转换效率高达39.2%, 单程传输的退偏振约为3.2%。实验结果表明, Nd:YAG复合陶瓷板条对提高板条激光器的输出功率和减小退偏振具有显著的效果。
激光器 激光陶瓷 板条激光器 分段掺杂 储能密度 退偏振
中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
从激光器热效应出发, 由热效应的产生、危害以及解决方案入手, 分类详细阐述了薄片激光器、热容激光器、板条激光器以及光纤激光器的基本原理及其在高功率输出方面的进展。以激光**作为实际应用典例, 综述了近年来各国激光**的项目概况及进展, 在此基础上提出了高功率固体激光器的发展趋势, 即运行维护成本低、结构紧凑及无人机装载应用, 阐述了复合结构激光器的发展优势及其趋势。
激光器 热效应 高功率固体激光器 板条激光器 复合结构激光器 激光与光电子学进展
2017, 54(1): 010003
Author Affiliations
Abstract
High Power Laser Science and Engineering
2014, 2(3): 03000e23
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
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 621900
3 中国工程物理研究院 研究生部, 北京 100088
通过主动相位控制实现了两路固体激光器的高光束质量相干合成输出, 总输出功率达到240 W。建立了两路120 W板条激光放大器, 通过光束整形获得了高光束质量方形光斑, 并实现了高占空比光束拼接, 填充因子高于92.4%。研制了光轴一致性探测与控制系统, 采用基于压电陶瓷的快反镜实现了光轴的高精度闭环控制, 两束激光光轴一致性优于2 μrad(RMS)。设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位探测与控制系统, 用随机并行梯度下降算法(SPGD)锁定了两束激光的活塞相位。相位闭环后, 远场光斑峰值提高到开环状态的1.7倍, 为理想值的84%。合成光束主瓣包含67%的激光总能量, 光束质量(BQ)为1.1。
相干合成 板条激光器 填充因子 快反镜 随机并行梯度下降算法 光束质量 coherent beam combining slab lasers fill factor fast steering mirror stochastic parallel gradient descent algorithm beam quality 强激光与粒子束
2014, 26(8): 081022
Author Affiliations
Abstract
1 HiLASE Project, Institute of Physics AS CR, Na Slovance 2, 18221, Prague, Czech Republic
2 CNR-IFN, Via Trasea 7, 35131, Padova, Italy
3 ELI Beamlines Project, Institute of Physics AS CR, Na Slovance 2, 18221, Prague, Czech Republic
We present the results of performance modeling of a diode-pumped solid-state HiLASE laser designed for use in inertial fusion energy power plants. The main amplifier concept is based on a He-gas-cooled multi-slab architecture similar to that employed in Mercury laser system. Our modeling quantifies the reduction of thermally induced phase aberrations and average depolarization in Yb3C:YAG slabs by a combination of helium cryogenic cooling and properly designed (doping/width) cladding materials.
ASE birefringence cryogenic cooling slab lasers thermooptic effects High Power Laser Science and Engineering
2014, 2(2): 02000e13
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
通常激光器通过谐振腔菲涅耳数选取横模, 但zig-zag板条激光器的特殊结构决定无法仅通过调整谐振腔的腔长同时选取厚度方向和宽度方向的横模。采用一维渐变反射率输出耦合镜, 实现zig-zag板条激光器厚度方向的稳定腔和宽度方向的非稳定腔, 可以达到两个方向上同时选取低阶横模的要求。计算厚度方向和宽度方向的稳定/非稳定腔各阶横模的衍射损耗, 得出其选模效果与宽度方向采用一维渐变反射率输出耦合镜的计算结果进行比较, 得出采用一维渐变反射率输出耦合镜的稳定/非稳定腔能够同时实现厚度方向和宽度方向的选模; 理论分析结果已经得到实验的初步验证。
激光器 zig-zag板条激光器 数值模拟 稳定/非稳定谐振腔 一维渐变反射率输出耦合镜
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
基于提出的能量均分方法, 理论分析和系统模拟了大功率激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG激光陶瓷板条阶变梯度浓度掺杂情况下板条温度分布及应力分布情况。采用板条阶变梯度浓度掺杂结构, 在抽运效率很高的情况下, 抽运吸收光功率分布更加均匀, 产生更小的热应力, 从而解决抽运效率和抽运吸收功率均匀性之间的矛盾。
激光器 复合陶瓷板条激光器 能量均分 阶变梯度掺杂 温度分布 应力分布
