以激光二极管阵列抽运Nd∶YAG内腔倍频激光器作为抽运源,实现了全固态准连续钛宝石激光器的高功率、高效率运转。当532 nm的抽运光为24 W时,得到了4.7 W输出功率及19.6%的高转换效率。为了获得钛宝石激光器理想的宽带输出,分别使用了两组膜片。第一组是750～850 nm,第二组是850～950 nm,每组膜片都有三种透过率,分别为5%,10%,15%。由于钛宝石荧光谱线的中心波长在795 nm附近,使用第一组膜片在透过率为10%的情况下获得了最大4.7 W的输出功率。使用第二组膜片也获得了3 W左右的输出功率,为将要进行的宽带调谐提供了必要的前提。

通过对半导体激光器(LD)的损耗和阈值电流特性的分析,引入等效反射系数的概念,根据多光束干涉的原理,导出了在外腔反馈作用下LD的阈值电流公式。从等效反射系数的推导可以看出,外腔的反馈相当于增大了LD一个端面的反射率,减小了损耗,从而使LD激光振荡的阈值降低。该公式在外腔长度和激光波长可以比拟的情况下能够准确地分析反馈注入对阈值电流的影响,但是在外腔长度远大于激光波长情况下不再适用。针对实验中外腔长度较大的情况,使用光功率的分析简化了理论模型,得出了与实验结果相吻合的结论,即外腔反馈注入使LD出光阈值电流明显降低。

提出了一种全新的固态双镜立体环行行波激光器。此类激光器的谐振腔仅由两面反射镜组成,其中一面反射镜直接镀制在激光介质上,激光束在腔内沿立体环形光路行进,形成闭合谐振回路。利用Nd∶YAG作为工作介质和双凹稳定谐振腔型,实现了用激光二极管(LD)抽运的多种双镜环行行波激光的稳定运转。实验结果表明此类激光器具有结构简单、调整容易、稳定性好的优点,并可望通过多点纵向抽运实现热效应低的高效率、高光束质量、大功率全固态激光器,单向输出的基频光和/或倍频光的单频激光器,以及高重复频率、短腔长的锁模激光器。

报道了一种新颖的多波长掺铒光纤环形激光器,这种激光器是利用M-Z光纤型干涉仪作为梳状滤波器,并且与复合腔共同选频,在常温下获得了稳定的三波长输出,其间隔约为0.8 nm,线宽约0.1 nm。这种装置无需将增益介质放在液氮中,也不需要多个光栅选频或其他复杂而昂贵的器件,具有结构简单,易实现和成本低等优点。

报道了微结构光纤(MF)包层结构对超连续光谱产生影响的实验研究。在中心波长为820 nm,脉冲宽度为35 fs的激光脉冲作用下,在纤芯都为2 μm,空气比分别为60%和80%的微结构光纤中获得不同的光谱展宽。由于空气比的增大,使得微结构光纤的有效模面积变得更小,其中传播的光场更能被局域在光纤纤芯中,非线性效应更加强烈,因此在空气比更大的微结构光纤中获得了更宽的超连续光谱。实验中分别在两种光纤中获得了近700 nm(520～1200 nm)和近1000 nm(从350～1320 nm)的超连续光谱,大空气比的微结构光纤中获得的非线性光谱展宽增强了1.25倍。对实验结果作了对比分析,并给出了相应的物理解释。

提出一种基于级联半导体光放大器(SOA)中的交叉增益调制(XGM)效应实现的全光逻辑与门新方案。该方案采用单端耦合半导体光放大器提高第一级半导体光放大器输出的消光比,合理控制第二级半导体光放大器的输入光功率,实现了两路2.5 Gbit/s非归零(NRZ)信号的逻辑与运算。详细阐明了基于级联半导体光放大器的与门的工作原理和实验方案,分析了实验结果。根据实验结果,发现第一级半导体光放大器输出信号的消光比和信噪比对逻辑与运算结果影响较大,利用单端耦合半导体光放大器后能改善逻辑与运算结果,第二级半导体光放大器的输入抽运光功率对逻辑与运算输出的信号质量有较大的影响。合理控制这些因素,可以有效地提高该逻辑与门的输出特性。

设计了一种控制非线性系统混沌的变量旋转变换(VRT)方法。介绍了变量旋转变换方法的控制原理,并用此方法控制声光双稳(AOB)系统的混沌,以此验证其有效性。利用计算机仿真模拟了受控后声光双稳系统的动力学行为。模拟结果显示,旋转变换的关联系数cosθ,sinθ为系统的控制参数,通过恰当地选择旋转变换的关联系数,使受控后系统的李雅普诺夫(Lyapunov)指数λ由正值转变为负值,系统由混沌态转变为周期态,周期态不但有稳定的原系统存在的倍周期2np轨道,而且还有3mp,2n×3mp (n,m为整数)这样原系统以外的周期轨道。

对超短强激光抽运波长为355 nm,脉冲宽度为10 ps的CsLiB6O10光参量放大器(OPA)的最佳晶体长度、能量转换效率和输出信号光脉宽进行了理论分析和数值模拟。得到了在Ip(0)=300 MW/cm2,Is(0)=5 MW/cm2,Ii(0)=0的情况下,最佳晶体长度为27.0 mm。随着抽运功率和信号光功率增大时,CsLiB6O10晶体作为光参量放大器的非线性晶体时,其作用的晶体长度变得更短。高转换效率的信号光输出取决于抽运光和初始信号光的强度及晶体长度的最佳优化值。

为了研究一种新型功能配合物材料Pd(mpo)2的非线性光学特性,把二甲基甲酰苯胺(DMF)溶剂稀释的Pd(mpo)2溶液(浓度为0.75×10-4 mol/L)作为待测样品,采用脉冲宽度为7 ns,波长为532 nm的激光束,对该样品进行了Z-扫描实验,测量了Pd(mpo)2材料的非线性吸收和非线性折射系数。实验发现,当入射光强很小时,其非线性吸收系数β0=(1.916±0.016) cm/GW,非线性折射系数γ0=-(3.153±0.048)×10-5 cm2/GW,且β和γ随入射光强的增大而线性减少。合理地解释了Pd(mpo)2的非线性光学特性产生机理

在SIMULINK平台下建立了垂直腔面发射激光器(VCSEL)动态仿真模型,利用该模型对多次外光反馈下垂直腔面发射激光器的非线性行为进行了研究。结果表明,短外腔时,光子密度随外腔长呈周期为半激射波长的余弦关系;长外腔时,随外腔长增加,垂直腔面发射激光器依次经历混沌、多周期、倍周期和单周期区域,增大外腔反射率时同样存在这些非线性区域,但出现顺序相反。进一步得出

光学元件的损伤是高功率激光技术发展的一个瓶颈,为此以连续CO2激光辐照K9玻璃为例,研究了连续激光辐照光学材料的热力损伤机理。通过积分变换方法,求解热传导和热弹性力学方程组,由此得到激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。研究中发现在高斯光束作用下,热扩散长度的概念不再适用,因此通过曲线拟合方法,推导出最大热应力的位置与辐照时间的关系,并由此计算出材料的损伤阈值。由于K9玻璃的应力损伤阈值小于熔融损伤阈值,因此当激光作用引起的环向热应力大于材料的抗拉强度时,材料发生永久性损伤,损伤形态为拉伸解理。将理论模型的相关结论与实验结果相对比,两者吻合得很好。

研究近场存储材料二芳基乙烯类化合物1,2-双(2-甲基-5-(4-(2-(1,3-二氧戊环基))苯基)噻吩-3-基)全氟环戊烯(1a)和1,2-双(2-甲基-5-(4-醛基苯基)噻吩-3-基)全氟环戊烯(1a′)的合成、表征。将这两种二芳基乙烯类化合物分别与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂,并采用旋转涂膜的方法制备膜片,采用固体浸没透镜(SIL)进行近场存储,在有机小分子上存储并记录了小于1 μm的斑点。

用提拉法生长了掺钕的钆镓石榴石(Nd3+∶GGG)激光晶体,晶体的干涉条纹证明它有良好的光学均匀性,晶体(444)面的双晶摇摆曲线表明晶体的质量非常好。研究了室温下的吸收谱和发射谱性质。分析了Nd3+∶GGG晶体4F3/2→4I11/2能级跃迁与1.06 μm附近的荧光谱线之间的关系。Nd3+∶GGG激光晶体的吸收截面、发射截面、荧光寿命分别为4.32×10-20 cm2,2.3×10-19 cm2,240 μs。比较了Nd3+∶GGG和Nd3+∶YAG的物理参数,实验表明Nd3+∶GGG较Nd3+∶YAG有一系列的优点。

由单层HfO2,SiO2,Y2O3,Al2O3膜求出其折射率和消光系数色散曲线,据此计算出HfO2/SiO2,Y2O3/SiO2,Al2O3/SiO2的193 nm多层膜反射膜曲线,并用电子束热蒸发的方法进行镀制。由分光光度计测量样品的透射率和绝对反射率,求出了各种膜层的吸收曲线。结果发现HfO2/SiO2,Al2O3/SiO2反射率实验结果与理论结果吻合得很好,而Y2O3/SiO2的理论曲线偏高。通过模拟Y2O3/SiO2的反射率曲线发现Y2O3的消光系数远大于由单层膜实验得出的结果。这说明Y2O3膜层的吸收特性与薄膜的制备工艺密切相关。

为提高高功率激光薄膜的抗激光损伤能力,研究了定向离子清洗对玻璃基片表面性质的影响。用End-Hall型离子源在不同清洗参数下对K9玻璃基片进行了清洗,用光学显微镜验证了基片的二次污染和离子的清洗效果,用静滴接触角仪测量了基片在离子清洗前后对水滴的接触角,用原子力显微镜和轮廓仪分别观测了不同参数的离子清洗前后的基片表面形貌和粗糙度,分析了基片清洗后表面性质如清洁、表面能、接触角、表面粗糙度、表面形貌的变化机理。研究表明定向离子清洗可有效去除二次污染、增加基片表面能、控制基片表面粗糙度和表面形貌,是一种有效改善基片表面性质的处理方法。

实验采用两束脉冲激光干涉形成瞬态热栅的方法,测量了半导体、金属和合金等固体材料的热扩散率。将实验测定值、理论预计值及公认值进行了比较,并对比较的结果进行了分析讨论,说明瞬态热栅法是定征固体热学性质及结构的灵敏且有效的方法。此外,在实验过程中还检测到固体材料表面附近空气中存在的界面波。

介绍了一种新型长波长InP基谐振腔增强型(RCE)光探测器。通过V(FeCl3)∶V(H2O)溶液对InGaAs牺牲层的选择性湿法腐蚀,制备出具有InP/空气隙的高反射率分布布拉格反射镜(DBR),并将该选择性湿法腐蚀技术成功地应用到长波长InP基谐振腔增强型光探测器的制备中去,从而彻底解决了InP/InGaAsP高反射率分布布拉格反射镜难以外延生长的问题。所制备出的谐振腔增强型光探测器,其台面面积为50 μm×50 μm,底部反射镜为1.5对的InP/空气隙分布布拉格反射镜,顶部反射镜靠InGaAsP与空气的界面反射来实现。测试结果表明,该谐振腔增强型光探测器在波长1.510 μm处获得了约59%的峰值量子效率,在3 V反偏压下暗电流为2 nA,3 dB响应带宽达到8 GHz。

全光纤波长选择滤波器是光纤通信系统中的重要器件,其中将光栅写在光纤耦合器的耦合区上构成的波长选择滤波器结构紧凑、插入损耗小、费用低。报道了采用波长为244 nm的紫外光在由康宁SMF-28光纤熔融拉锥制作的2×2 3 dB耦合器上写入光栅的实验,在耦合器熔锥区的适当位置写入一定长度的布拉格光栅,可以实现全光纤多端口波长选择滤波器。实验中获得了最大反射率约为20 dB,线宽大于1 nm的滤波器,并采用超模理论对实验结果进行了定性分析。要获得高的下载效率,必须仔细控制写入光栅的位置和平移台的移动速度。

建立了基于半导体光放大器-交叉增益调制(SOA-XGM)的波长转换理论模型,利用分段方法对交叉增益调制波长转换器同向和相向两种工作方式下消光比(ER)特性作了详细的研究。结果表明,波长转换器的输出消光比随转换速率增加而减小,而且转换速率越高,减小得越快;随着抽运波长的变化,消光比有一个对应于峰值增益波长的最佳抽运波长;波长向下转换(Δλ<0)时的消光比要明显优于向上转换(Δλ>0);输出消光比也随着输入消光比的增大而增大。相同情况下相向工作方式时的输出消光比特性要优于同向工作方式。最后,从物理上对两种工作方式消光比和噪声特性的差异作了解释。

在同时考虑偏振模色散(PMD)及偏振相关损耗(PDL)情况下,分别通过理论和蒙特-卡罗方法研究了光传输链路的输出信号偏振态相关函数。首先,从理论上得到了光传输链路的输出信号偏振态相关函数的解析表达式,而后,利用蒙特-卡罗方法进行了模拟研究,理论和模拟的结果能很好地吻合。研究结果表明,当光传输链路的偏振模色散值不变时,随着传输链路偏振相关损耗的增大,输出偏振态归一化自相关函数的线宽变宽;而在光传输链路的偏振相关损耗一定的情况下,随着光传输链路的偏振模色散的增大输出偏振态归一化自相关函数的线宽变窄。

基于超格子构造法,采用全矢量模型研究具有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤(EHPCF)的偏振特性。研究表明,与相同结构参量的椭圆孔光子晶体光纤相比,具有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤具有更大的模式双折射和走离参数。双折射、走离参数与频率的依赖关系与普通保偏光纤存在很大差别。走离参数在低频区出现零走离点,这为在该光纤中既保持高双折射又实现零走离单模运转提供了可能。适量增加中心缺陷孔,包层椭圆孔的椭圆率及面积可以获得高的双折射和大的走离参数。

根据耦合模理论,对光纤布拉格光栅(FBG)的横向应变特性进行了深入研究,并采用数值分析方法对光纤布拉格光栅在平面应变和应力情况下进行了模拟分析

介绍了一种由两个相同直角棱镜构成的气室。利用其对光束摆动的不敏感性及对光束的反射特性,来提高气室工作的稳定性和检测灵敏度;分析了传感器中光束的传输特性,给出了光束的传输方程、单波长和双波长情况下光度传感器的测量方程;光束在气室内往返的次数N与过两个直角棱镜各自直角棱的对称面的间距d有关,通过调节间距d可选择所需测量灵敏度。测试结果表明,在低浓度测量时,这种光度传感器的灵敏度为普通单程吸收池灵敏度的N倍;在较高浓度时,仅在N为较小的几个值时,传感器的灵敏度与光束在气室内往返的次数N成正比,N较大时,光束在气室内往返的次数对传感器灵敏度的倍增作用减弱。基于直角棱镜的光纤光度传感器特别适合痕量物质的光度测量。

采用MSC.Marc非线性有限元软件,对试件在激光点热源作用下动态微变形过程进行了数值模拟。通过激光反射放大系统测量了试件在激光点热源作用下的动态微变形过程。模拟值与实测值的结果表明

采用激光束与电弧复合焊接AZ31B镁合金,研究了这种复合热源对焊接熔深、表面成型的影响,探索了激光-电弧不同复合方式对焊接过程中电弧稳定性的影响。结果表明,激光束与焊接电弧共同组成的复合热源在正向焊接镁合金时形成的焊接熔深,比单独采用钨极氩弧焊(TIG)焊接增加了1倍左右,同时复合热源焊接电弧稳定性也较钨极氩弧焊接提高了1倍以上,是一种理想的镁合金焊接方法;而当激光-电弧复合热源反向焊接时,电弧稳定性较正向焊接进一步增大。对复合热源的电弧稳定性和激光吸引电弧的现象以及熔深增加的机理进行了讨论。

详细介绍了在ANSYS软件平台上,建立连续移动三维瞬态激光熔池温度场计算模型的方法,计算模型中考虑了材料表面温度对激光吸收率的影响及材料相变过程对激光熔池温度场的影响。系统分析了连续移动三维激光熔池温度场随时间的变化规律。通过该计算模型,可以掌握激光加工过程中连续移动激光熔池的加热和冷却规律。计算结果表明,当激光沿45#钢基板表面由一端向另一端沿直线扫描时,由于热传导的作用,激光熔池温度随时间增加而升高,同时连续移动熔池表面温度最高点不在激光束中心,而是稍稍偏后于激光束中心。在相同激光工艺参数下,计算熔池横截面尺寸与实验所测熔池横截面尺寸相吻合,表明所建立的连续移动熔池温度场计算模型是正确和可靠的。

采用同步送粉激光熔覆方法,在45#钢立铣刀坯材的刃带部位,熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响,结果表明,熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸,它是由激光功率密度与熔覆速度决定的;熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率,它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的;提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时,薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备和工艺研究;采用优化工艺,在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹,成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层;通过了国标GB/T122.4.3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。

激光焊接由于其焊缝深宽比高、热影响区小以及高的焊接速度而在工业上得到越来越广泛的应用。激光深熔焊接的本质特征就是存在着小孔效应。采用高速摄影的方法清晰、完整地观测了激光深熔焊接GG17玻璃时的小孔,实验研究了离焦量、焊接速度对小孔和熔池形状、尺寸的影响。在分层假设的基础上建立了激光深熔焊接小孔效应的传热模型,并根据观测到的小孔形状和尺寸,用有限元法计算了小孔周围的温度场和流场。实验与模拟计算结果表明,小孔前沿的温度梯度比后沿的大;焊接熔池中的最大对流速度达到了焊接速度的10倍左右;小孔形状和尺寸的实验观测为系统研究激光深熔焊接时的小孔效应提供了一种新的方法。

采用CD34抗体标记正畸牙周组织的血管内皮细胞,探讨He-Ne激光照射对兔正畸牙周组织血管改建的影响。35只大耳白兔随机分未加力组及加力组,对实验标本进行CD34免疫组化染色,用计算机图像分析系统测定正畸牙周组织的微血管密度(MVD)与微血管面积(MVA),应用SPSS统计软件进行统计学分析。经He-Ne激光照射侧的微血管密度与微血管面积均普遍大于对照侧。除加力1d组外,其余各加力组照射侧与对照侧之间的微血管密度、微血管面积的差异均有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。

基于高功率激光装置主激光束精确打靶的需要,应用误差分析方法为装置的工程实施和单元技术的改进提供理论指导。针对装置在每发打靶前多应用自动准直技术来消除存在的误差,而传统的误差分析方法即随机误差和传统误差又未能进行全面系统的分析,提出了新的激光瞄准误差分析方法

神光Ⅱ装置精密化功率平衡要求8路子光束的输出能量平衡和脉冲波形一致,即每条放大链的增益和透过率相同。但装置因日常打靶工作需要,8路子光束放大链中同级放大器的增益能力差异较大。针对该问题,利用一种精度优于1%的小能量测量系统,对神光Ⅱ装置8路四级放大器的小信号增益进行在线测量,分别得到了40,70棒状放大器,100片状放大器和200双层片状放大器在正常工作电压下的小信号增益值,掌握了每路各级放大器的增益特性,精确量化了各路同级放大器的差异,为神光Ⅱ精密化功率平衡调试提供了宝贵的实验数据。