1 中国科学院空天信息创新研究院光学工程研究部，北京 100094
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
本文报道了一种基于传导冷却端面泵浦板条（CCEPS）结合正交Porro棱镜谐振腔，采用中心波长为805.8 nm（60 ℃时）、半峰全宽为6.8 nm的泵浦源，可实现在15~70 ℃宽温度区间工作的激光器。实验上获得了脉冲能量为49.82 mJ、脉冲宽度为8.11 ns、重复频率为20 Hz的脉冲激光输出，光斑直径为2.12 mm，发散角小于2 mrad，峰值功率达到6.14 MW，输出能量不稳定度在-1.5%~+1.5%以内。实验测得的激光器输出能量随温度的变化曲线与理论计算得到的板条对泵浦光的吸收效率随温度的变化趋势具有较好的一致性。将该模型进一步优化，设置宽光谱泵浦源的中心波长为806 nm（25 ℃时），激光器的温度不敏感区间较本实验测试温度区间拓宽了将近一倍。
激光器 正交Porro棱镜谐振腔 端面泵浦板条 宽温区 高可靠性 中国激光
2023, 50(19): 1901006
李凤昌 1王鹏 1,2,3王小林 1,2,3,*奚小明 1,2,3[ ... ]陈金宝 1,2,3,*
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室，长沙 410073
当前，光纤激光器工作温度范围一般较窄，如果能够扩展激光器的工作温度范围，则有望在更多的环境和领域得到应用。近期，国防科技大学基于风冷结构的光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦的全光纤振荡器方案，在−50～50 ℃超宽温范围内实现了1 kW量级的激光输出。通过优化系统设计，有望进一步提升宽温运行激光器的输出功率。
光纤激光器 光纤振荡器 宽温运行 风冷 fiber laser optical fiber oscillator wide temperature operation air cooling 强激光与粒子束
2023, 35(9): 091013
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
简要回顾了高功率掺镱光纤激光器的发展历程，指出宽温运行光纤激光器的需求与应用场景。综述已有关于光纤激光器在变温条件下的研究成果，在高功率光纤激光器的发展中，工作温度对光纤激光器造成的影响将进一步显现。介绍了利用现有光纤器件以及传统光纤激光器设计的宽温运行光纤激光器案例。通过系统设计和结构优化，本课题组已成功实现千瓦级的宽温运行光纤激光器，整机运行温度从常温拓展到-30 ℃。进一步的功率提升和温度范围拓展还需要对光纤激光器工作机理、光纤器件温度特性等方面进行深入研究。此外，展望了宽温运行光纤激光器的发展趋势，研究结果为高功率宽温运行光纤激光器的发展提供了参考。
激光光学 光纤放大器 振荡器 宽温 高功率 光学学报
2023, 43(17): 1714003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国人民解放军96035部队，吉林 吉林 132101
机载激光雷达是实现远距离大气精准监测的重要手段，CO2激光器工作谱段与部分大气污染物和化学物质吸收谱一致，是大气监测激光雷达的重要光源。面向机载要求，在控制体积重量的条件下实现−40 °C~55 °C宽温域工作是机载CO2激光器温控系统的设计难点。因此，本文提出一种以激光器性能和环境温度为设计输入，半导体热电制冷与强制风冷相结合的闭环温控方法。根据激光器、半导体热电制冷和强制风冷等的结构与传热特性，建立温控方法的有限元模型，基于此模型对激光器温控性能进行研究。对于55 °C高温环境，温控系统工作25 min后，激光器温度控制在40 °C；对于−40 °C低温环境，温控系统在工作20 min后，激光器温度控制在25 °C，满足激光器正常工作要求。根据激光器及建立的温控方法，开展高低温环境下激光器工作能力实验研究，采集实验过程中的激光器温度数据，测量高低温条件下激光输出能力。实验结果表明：实测激光器温度与有限元仿真温度数据基本吻合，两者误差小于10%；采用所提出的温控方法，激光器在高低温条件下可以正常工作，输出功率与室温条件下一致。
CO2激光器 宽温域 半导体热电制冷 散热结构 温控方法 CO2 laser wide temperature range thermo-electric cooler heat dissipation structure temperature control method
洛阳顶扬光电技术有限公司, 河南 洛阳 471000
随着半导体阵列泵浦的Nd∶YAG固体激光器迅速发展, 应用范围逐渐拓宽, 其体积、能量、环境适应性逐渐成为衡量激光器性能的重要指标。为了满足激光照射领域使用需求, 研制了一种在宽温(-40～60℃)范围内正常工作的小型化、大能量、无温控的侧泵Nd∶YAG电光调Q激光器。该激光器采用多个多波长(3-λ)半导体阵列为泵浦源, Φ5mm×64mm的Nd∶YAG晶体为工作物质, LN晶体为电光调Q晶体
激光器 宽温范围 多波长半导体阵列 小型化 lasers wide temperature multiwavelength semiconductor array 20Hz 20Hz miniaturization
1 西北大学物理学院, 陕西 西安 710127
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
3 宁夏中色金航钛业有限公司, 宁夏 石嘴山 753000
针对用于高温油气井下的光纤布拉格光栅(FBG)传感器弹性封装材料宽温域应变问题,将奥氏体不锈钢材料和试制的铌基恒弹合金材料设计加工成弹性应变元件,并将FBG粘贴于其上封装成传感器。在30~250 ℃宽温域范围内对两个传感器施加拉力进行应变传感实验,对比研究了两种材料的应变传感性能。结果表明:两种合金材料在不同温度下的应变响应线性度均超过0.999;但随着温度的升高,两种合金材料的应变响应灵敏度有下降趋势,重复性降低,迟滞增大,温度影响弹性材料的应变传感性能;在30~250 ℃温度范围内,用试制的铌基恒弹合金材料封装的传感器在重复性、迟滞、线性拟合度和灵敏度稳定性方面均优于奥氏体不锈钢材料封装的传感器。因此试制的铌基恒弹合金可用于宽温域FBG传感器的弹性封装材料。
光纤光学 光纤布拉格光栅 宽温域 弹性材料 铌基合金 传感性能 光学学报
2021, 41(21): 2106004
1 山东大学 晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
2 山东本源晶体科技有限公司, 山东 济南 250000
作为重要的无损检测器件, 压电超声换能器已广泛应用于国民经济的各个领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源和智能制造等工业技术的发展, 各类工矿环境对压电换能器的性能提出了更高的要求, 迫切期望压电换能器能在宽温域范围内稳定地监测设备的运转状况, 提前预警, 避免重要设备的结构性损坏。宽温域响应的压电超声换能器是目前压电器件技术领域的前沿性研究内容, 该文重点介绍了能够工作在宽温域范围内的压电超声换能器及其结构, 阐述了压电超声换能器在无损探伤方面的独特优势。
压电超声换能器 宽温域 高温 无损检测 piezoelectric ultrasonic transducer wide temperature range high temperature nondestructive test
1 国家特种显示工程技术研究中心, 中航华东光电有限公司, 安徽 芜湖 241002
2 特种显示国家工程实验室, 中航华东光电有限公司, 安徽 芜湖 241002
3 安徽省现代成像与技术重点实验室, 中航华东光电有限公司, 安徽 芜湖 241002
4 驻电子十四所军事代表室, 南京 210000
5 中兴通讯股份有限公司, 南京 210012
针对目前高、低温环境下LED灯的亮度衰减问题, 以液晶显示器为平台, 设计了一种在宽温环境下, 使显示器亮度、色度均保持稳定的LED背光驱动电路。该驱动电路同时驱动LED白、彩灯, 显示器的亮度与色度均可自由调整, 控制器根据采集到的环境温度, 对驱动电路进行实时调整, 以保证显示器亮度与色度的稳定性。最终通过实物验证测试, 显示器连续工作2 h(亮度大于800 cd/m2), 亮度衰减小于50 cd/m2。宽温环境下显示器色坐标偏差范围不超过±0.005。
液晶显示 发光二极管背光 宽温 亮度 色度 稳定性 liquid crystal display LEDs backlight wide temperature environment brightness chrominance stability
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
报道了一种可在低温环境下和100 ℃以上的宽温范围内稳定工作的纳秒级被动调Q的Nd∶YAG激光器。谐振腔采用抗失谐的双Porro棱镜组合腔型, 以热电制冷器控温的垂直腔面发射激光器侧面抽运Nd∶YAG板条晶体, 被动调Q晶体为Cr4+∶YAG。在抽运峰值功率为1 kW, 重复频率为1 Hz的条件下, 测量了激光器在不同温度下的工作情况。结果表明在-75～40 ℃温度范围内, 激光输出平均能量为18.79 mJ, 标准差为2.29 mJ, 脉宽约为4 ns, 近场光斑直径约为5 mm, 远场发散角小于0.9 mrad。激光器体积小、结构紧凑、可靠性高, 十分适合宽温范围尤其是低温环境下的空间激光应用。
激光器 低温工作 垂直腔面发射激光器 宽温
