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高功率直接液冷固体薄片激光器的设计与实验

Design and Experiment on High-Power Direct-Liquid-Cooled Thin-Disk Solid-State Laser

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摘要

设计了一种新型高功率直接液冷固体薄片激光器,由数十至数百片透射薄片密集堆叠构成分布式增益系统,使特种激光冷却液在增益介质间的平板微流道内流动以实现薄片直接冷却,有效解决了传统高功率固体激光器中增益介质焊接于热沉引入的热致应力、焊接面变形等问题。对该激光器的腔内损耗、腔内像差等参数进行了优化设计。分析了影响光-光转换效率的关键因素,根据像差特点给出了光束质量控制方法。将20片薄片以特别角度密集堆叠构成增益模块,利用两个增益模块在稳腔和非稳腔中均实现了功率大于9 kW的准连续波(QCW)偏振激光输出,且这一实验室光源的体积小于0.4 m3。

Abstract

A novel high-power direct-liquid-cooled thin-disk solid-state laser is designed, in which the distributed gain system is composed of tens or hundreds transmission disks by intensive stacking. A special kind of laser cooling liquid flows in the planar micro-channels between gain media, and thus the direct cooling of disks is realized. The thermal stress, the reflective surface deformation and so on caused by the soldering between gain media and the heat-sink in the traditional high power solid-state laser are successfully avoided. In addition, the parameters such as intra-cavity loss and aberration are optimized. The key factors influencing the optical-to-optical conversion efficiency are analyzed, and the methods for controlling laser beam quality are introduced according to the thermal aberration characteristics. A gain module is composed of 20 disks by intensive stacking with a special angle. With these gain modules, a quasi-continuous-wave (QCW) polarized laser with an output power of larger than 9 kW is obtained in both stable and unstable cavities. Moreover, the whole volume of this laser source in laboratory is smaller than 0.4 m3.

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补充资料

中图分类号:TN248.1

DOI:10.3788/cjl201845.1201004

所属栏目:激光器件与激光物理

基金项目:国家高技术研究发展计划(8027045)、中国工程物理研究院高新装备创新专项(AL010401)

收稿日期:2018-05-30

修改稿日期:2018-08-01

网络出版日期:2018-08-09

作者单位    点击查看

易家玉:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
涂波:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
曹海霞:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
安向超:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
廖原:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
尚建力:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
吴晶:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
崔玲玲:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
苏华: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北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
阮旭: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复旦大学信息科学与工程学院, 上海 200082
高清松:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
唐淳:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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
张凯:中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900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

联系人作者:尚建力(shangjianli@caep.cn); 易家玉(yijiayu1988_caep@163.com);

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引用该论文

Yi Jiayu,Tu Bo,Cao Haixia,An Xiangchao,Liao Yuan,Shang Jianli,Wu Jing,Cui Lingling,Su Hua,Ruan Xu,Gao Qingsong,Tang Chun,Zhang Kai. Design and Experiment on High-Power Direct-Liquid-Cooled Thin-Disk Solid-State Laser[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(12): 1201004

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