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 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621000
3 衢州学院机械工程学院, 浙江 衢州 324000
详细讨论了直接液体冷却薄片激光器的设计。包括增益模块中晶体和冷却液的选取, 以及流道结构的设计, 分析了增益模块中两类组合方式各自的优缺点。组合方式一中, 需要严格控制激光的入射角以及晶体的切割角, 给出了具体的计算和分析。组合方式二无需特别选取角度, 然而所选的冷却液的折射率要与晶体的折射率尽可能一致。在抽运方式选取方面, 分析了采用端面抽运和侧面抽运对激光器储能以及像差等方面的影响。最终, 理论分析了采用10片Nd∶YLF作为增益介质, 折射率匹配液作为冷却液, 在抽运功率为5 kW时, 激光器输出功率大于1 kW, 光-光效率大于20%, 理论分析和实验结果基本一致。
激光器 薄片 直接液体冷却 冷却液
1 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
3 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
4 衢州学院电气与信息工程学院, 浙江 衢州 324000
介绍了一种工作在准连续状态下的直接液体冷却的侧面抽运Nd∶YAG多薄片激光谐振腔, 装置中选用20片Nd∶YAG薄片作为增益介质, 由激光二极管阵列在其侧面进行抽运, 流动的硅氧烷溶液作为冷却液在其端面进行冷却, 振荡激光以布儒斯特角穿过多层薄片和冷却液实现增益。设计了层流冷却流场并通过数值模拟验证了其对来流不均匀性的耗散能力。根据之前报道的层流冷却能力测量实验建立数值模型, 模拟了流场的冷却效果, 实验结果证明了模型的置信性, 进而基于模型对激光器中薄片的热安全性进行了评估。在抽运能量为49.9 J时, 获得了15.7 J的最大脉冲能量输出, 对应光-光效率和斜率效率分别为31.4%和39.2%; 在抽运脉宽为250 μs, 重复频率为100 Hz, 平均抽运功率为5 kW时, 获得了1440 W的平均输出功率。
激光器 薄片 谐振腔 直接液体冷却 浸入式激光器
1 长安大学 信息工程学院，西安 710069
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
为了解决增益介质的热效应问题，提出了一种浸没式构型液冷激光器方案，该构型激光器在10Hz重复抽运频率下，获得了615mJ的能量输出，光光转换效率为21%，斜率效率为23%.基于流体力学和热力学原理，建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型，利用软件模拟和有限元分析法，研究了在不同流速、泵浦功率条件下，整个增益区的温度场、速度场的分布特性；并基于增益区温度场的分布，分析了液冷条件下通过增益区的激光波前畸变特性.结果表明，增益介质的最大光程差为0.7666λ，冷却液最大光程差为－4.7331λ，说明该构型激光器有着良好的热管理性能.
薄片激光器 液体冷却 热效应 热管理 波前畸变 Thin-disk lasers Liquid cooling Thermal effect Thermal management Wavefront aberration
