西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710021
高脉冲能量和窄脉冲宽度的激光放大器可以应用在诸多领域，例如激光加工、激光医疗美容和激光雷达。种子源激光器与行波放大结构相结合的主振荡功率放大（MOPA）技术，既能保证输出的脉冲激光相关特性（如脉宽和重复频率等）与种子源特性一致，又能实现激光输出能量的放大。因此MOPA技术成为激光放大器工程应用中的主要技术。本课题针对医疗美容对亚纳秒级大能量激光放大器的需求，研制了一台基于亚纳秒微片固体激光器的激光放大器。首先，采用亚纳秒被动调Q微片固体激光器作为种子源。种子源激光器在重复频率为10 Hz，脉冲宽度为487.3 ps时输出能量为190 μJ的1064 nm种子光。然后，利用自制的两个氙灯泵浦Nd: YAG模块作为主放大器对亚纳秒激光脉冲能量进行放大，对放大过程自激振荡产生的能量实现了抑制，有效地提高了放大过程中的能量转换效率。最终，得到了波长1064 nm和532 nm可切换输出，在重复频率为10 Hz时，获得了脉冲宽度496.4 ps，脉冲能量561 mJ@1064 nm，330 mJ@532 nm，能量稳定性2%且光斑均匀的亚纳秒激光输出。
亚纳秒 高能量 氙灯泵浦 波长可切换 放大器 sub-nanosecond high pulse energy xenon lamp pumping wavelength switchable amplifier 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210200
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
4 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春 130022
5 航天新气象科技有限公司, 江苏 无锡 214127
为解决旋转热释电日照计(RPSDR)室外校准易受环境影响、重复性差、效率低等问题,提出了一种以双氙灯光源积分球系统校准RPSDR的室内校准方法。根据RPSDR的组成、结构和测量原理,利用太阳模拟、积分球环境模拟等技术,设计了以氙灯太阳模拟器输出直接辐射、以穹顶氙灯模拟散射辐射的双光源积分球日照计校准系统,提出了积分球结构参数,分析了氙灯光源的辐照度分布和光谱修正,建立了在室内进行日照阈值校准、在室外进行日照时数验证的综合性RPSDR校准方法。经测试,校准系统的有效辐照面内的辐照度均匀性含中心点时为2.5%,不含中心点时为1.6%,有效辐照面内每小时的阈值点辐照度稳定性为0.68%,光源匹配AM1.5 A级太阳光谱能量分布;对一台RPSDR进行室内阈值校准和室外日照时数比对实验,结果验证了经系统校准后的RPSDR测量的日照时数与直接辐射表测量的日照时数参考值的相对误差不超过1%,绝对误差不超过0.26 h,满足气象行业日照时数的观测要求。
测量 旋转热释电日照计 双氙灯光源 积分球 日照阈值 室内校准
1 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津
2 哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术国家级重点实验室, 哈尔滨
研究了 Cr,Er:YAG晶体的能级结构, 分析了 Cr3+与 Er3+能量共振转移和 3 μm激光的能级跃迁过程。在室温条件下设计搭建摘了氙灯泵浦源及其泵浦的 Cr,Er:YAG激光器, 分析了激光器输出能量与泵浦能量、输出能量与晶体温度的关系。在单发自由运转模式下, 激光器最高输出能量 529 mJ, 脉冲宽度 103 μs, 斜率效率 0.26%。波长范围 2 923~2 940 nm, 2个峰值波长分别为 2 930 nm和 2 933 nm。实验结果表明, Cr,Er:YAG晶体能够有效实现 3 μm激光运转。
激光器 氙灯泵浦 laser Cr,Er:YAG Cr,Er:YAG xenon lamp pumping
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川绵阳 621999
2 许继电源有限公司, 河南许昌 461000
脉冲氙灯瞬态放电电流诊断单元是惯性约束聚变 (ICF)激光装置中能源系统的重要组成部分, 基于对其面临的强电磁干扰、噪声耦合、多路并行采集电路拓扑约束等问题的分析, 提出了一种多级隔离和基于现场可编程门阵列 (FPGA)的多路并行架构的诊断单元设计方法, 并依据该方法完成了样机研制。实验表明, 诊断单元的电流测量范围为 0~25 kA, 采样率为 200 kHz, 测量准确度优于± 0.5%, 满足 31 kV工作点电压下 20路脉冲氙灯放电电流的同步诊断需求。相比传统设计, 该方法具备更强的电磁兼容性和更高的并行采集设计集成度。
脉冲氙灯 能源组件 电流波形 电磁干扰 并行采集 pulsed xenonlamp energy component current waveform electromagnetic interference parallel acquisition 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(2): 342
1 浙江工业大学 计算机科学与技术学院，杭州 310023
2 浙江工业大学 信息工程学院，杭州 310023
针对现有的短弧脉冲氙灯电源存在明显的阻尼振荡等现象，提出了一种基于反激拓扑方法与RC隔离触发网络的短弧脉冲氙灯驱动电源设计。驱动电源采用24 V输入，主电压通过反激拓扑结构产生700～1000 V连续可调输出，脉冲触发电压电路采用二级级联升压电路产生5～7 kV脉冲输出，主电压和脉冲触发电压经过RC隔离触发网络后对脉冲氙灯进行驱动点亮。对驱动电源各个模块进行了设计与实现，将RC隔离触发网络仿真与实际触发波形对比，并比较分析了主电压在不同电压下的充放电波形。实验结果表明，所设计的驱动电源点亮短弧脉冲氙灯的成功率达100%，验证了所设计驱动电源的可行性；所设计的驱动电源充放电总时间最大值为5.63 ms，为短弧脉冲氙灯提供了较高的闪烁频率；所设计的驱动电源与文献对比将阻尼振荡范围从32.24%降低到4.7%，有效抑制了放电产生的阻尼振荡，避免对储能电容造成二次充电，有效提高了储能电容及短弧脉冲氙灯的放电次数及寿命。
脉冲氙灯 反激拓扑 RC隔离触发网络 阻尼振荡 xenon flash lamp flyback topology RC isolation trigger network damped oscillation 强激光与粒子束
2021, 33(3): 035002
1 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室, 四川 绵阳 621000
2 南京航空航天大学航空学院, 江苏 南京 210016
针对特定机型座舱热载荷实验,提出太阳辐射模拟器光学系统的设计方法,并在此基础上研制出一套太阳辐射模拟器。设计了单只太阳辐射灯,完成了空间灯阵设计。采用提出的预调节方法,获得了合理的单灯安装位置。根据设计方案完成了光学系统的加工和安装,并对其开展了性能测试。结果表明:辐照度分布计算误差为12.0%,证明提出的预调节方法可行;根据预调节方法得到的座舱透明件表面热效应,与设计热效应偏差为-3.1%,说明达到了目标辐照环境;光学系统辐照不稳定度为±0.52%,具有较好的稳定性。研究结果对太阳辐射模拟器的设计具有参考价值。
光学设计 太阳辐射 氙灯 辐照强度 热载荷
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
重复频率激光放大器是实现重复频率激光器的关键器件,其重复频率取决于对抽运及放大过程中产生热量的有效控制。针对千焦耳量级输出重复频率激光器的需求,通过合理的结构设计、冷却液选型及测试等,研制出一台基于氙灯抽运、钕玻璃增益介质、液体冷却、通光直径为Φ130 mm的激光放大器样机。测试结果表明,该放大器样机可实现每分钟一次的重复频率运行,同时具备双程1.3189倍净增益,双程动态波前PV(peak to valley)平均值为0.2718波长(λ)(20 ℃,λ=1053 nm,10发次计)和0.3223λ(30 ℃,λ=1053 nm,10发次计)。
激光器 重复频率激光放大器 液体冷却 氙灯抽运 钕玻璃 中国激光
2019, 46(10): 1001007
1 沈阳理工大学 理学院, 辽宁 沈阳 110159
2 鞍山紫玉激光科技有限公司, 辽宁 鞍山114000
利用MOPA激光种子源, 结合氙灯泵浦行波放大方法研制了高能量脉宽可调1 064 nm波段激光器。激光器采用电调制脉宽方式控制MOPA光纤激光器脉冲信号的输出, 在保证高光束质量的前提下, 实现了脉宽8.6~220.9 ns可调的1 064 nm种子激光输出。选用双通放大级设计, 利用氙灯泵浦Nd:YAG晶体实现五级行波放大, 分析讨论了抑制自激振荡方法和行波放大过程中脉宽变窄的原因。当氙灯注入能量为60 J, 重复频率10 Hz时, 实现了脉宽调范围为4.2~173.3 ns的稳定1 064 nm激光输出, 单脉冲能量最高可达158 mJ。
脉宽可调 全固态激光器 氙灯泵浦 MOPA放大器 pulse width tuning solid-state laser xenon-lamp pumping MOPA amplifier 红外与激光工程
2019, 48(4): 0405005
1 长春理工大学, 吉林 长春 130022
2 长春工程技术学院, 吉林 长春 130022
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
4 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春 130022
为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明, 研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统的工作原理及旁瓣效应的产生机理; 基于嵌套建模思想, 结合多项式拟合方法, 得出了氙灯轴上的强度分布曲线, 并根据氙灯发光能量对称的性质, 实现了氙灯空间光强分布的模拟; 结合提出的光学系统设计边界条件与参数, 设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明: 大面积发散太阳模拟器的工作距离为20 000 mm, 辐照面直径为1 500 mm, 辐照均匀度为92.8%, 满足均匀照明的使用需求。
太阳模拟器 均匀照明 复眼透镜阵列 光束整形 氙灯建模 solar simulator uniform illumination fly-eye lens array beam shaping Xenon lamp modeling
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
采用氙灯抽运研究了原子数分数为10%的Er
3+掺杂的YAP晶体在2.7~3 μm波段的激光性能,使用3种不同透射率的输出镜,实现了最大输出能量为1173 mJ@1 Hz、1284 mJ@5 Hz、495 mJ@10 Hz、104 mJ@20 Hz的激光输出,对应的斜率效率分别为0.80%、0.99%、0.84%和0.44%。当重复频率为5 Hz,透射率为15%时,该晶体具有最大的输出能量和激光效率,相应的平均输出功率达到了6.42 W,约是目前已报道最好结果的4倍。测量了不同输入功率下Er∶YAP激光的光束质量,随着输入功率的增加,其光束质量逐渐下降。在输出激光中观察到了波长分别为2710,2728,2795,2918 nm的4条激光谱线。因此,Er∶YAP晶体可以实现优良的多波长中红外激光输出。
激光器 铒激光 Er∶YAP晶体; 氙灯抽运 吸收光谱 激光光束表征
