1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为实现焦耳级大能量中红外4~5 μm波段激光输出，基于波长为2.94 μm的Er∶YAG激光泵浦源和液氮恒温控制器，搭建了固体Fe∶ZnSe激光器实验装置，研究了温度和晶体参数对Fe∶ZnSe激光器输出时域波形及能量的影响。闪光灯泵浦的Er∶YAG泵浦激光时域波形展现出固体激光典型的弛豫振荡现象，Fe∶ZnSe激光脉冲波形与泵浦激光波形保持强相关性，且单个尖峰脉冲宽度随温度的升高而变小。在低温79 K条件下，当Er∶YAG泵浦能量为2.75 J时，实现了Fe∶ZnSe激光1.04 J大能量输出，对应的斜率效率和光光转换效率分别为36.4%和37.8%，激光中心波长为4.1 μm。在热电致冷可达的240 K温度条件下，当泵浦能量为500 mJ时，Fe∶ZnSe激光的能量输出为50 mJ，激光中心波长为4.4 μm。研究结果为焦耳级大能量中红外固体激光器的研制提供了参考。
激光器 中红外固体激光器 Fe∶ZnSe激光器 低温 大能量 时域波形 中国激光
2023, 50(22): 2201001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了明晰碟片多通放大器的腔体设计方法，本文对不同类型的碟片多通放大器做归纳与总结，共归纳出4f中继成像、谐振腔设计/光学傅立叶变换、近准直光束传输与其他共4种设计理念的多通放大器。介绍了每种放大器的设计方法并详尽列举了研究现状。通过对比4种类型的碟片多通放大器，发现不同种类的多通放大器各有优缺点。4f中继成像需要真空环境以避免焦点处的气体电离，因此机械装置与调试难度较大；谐振腔设计/光学傅立叶变换概念多通放大器的镜片处存在较小光斑，因此较适用于较低能量的多通放大器；近准直光束传输方法由于不需要真空环境，具备很大的发展潜力，但需要精准控制激光运转状态下的碟片面形，难度也较大。因此，从激光器设计角度来看，需要对碟片多通放大器继续进行优化设计，从而同时实现使用场景的多元化与输出能量的可持续拓展。
激光 碟片 多通放大器 腔体设计 激光放大器 laser thin-disk multi-pass amplifier cavity-design laser amplifier 强激光与粒子束
2023, 35(7): 079002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
基于Yb∶YAG单碟片模块设计并搭建了激光再生放大器，实现了重复频率为1 kHz、脉冲能量为107 mJ、脉冲宽度为1.2 ns的近衍射极限激光输出，x的光束质量因子（）和y方向的光束质量因子（）分别为1.07与1.05，光光转换效率为11%。激光中心波长为1031.7 nm，光谱宽度为2.04 nm，该光谱宽度支持将激光的脉宽压缩至735 fs。据我们所知，这是国内首次使用单碟片激光再生放大器实现重复频率为1 kHz、单脉冲能量为107 mJ的激光输出。
激光器 碟片 再生放大器 Yb∶YAG 啁啾脉冲
1 河海大学机电工程学院，江苏 常州 213022
2 河海大学江苏省特种机器人技术重点实验室，江苏 常州 213022
3 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016
4 常州常工电子科技股份有限公司，江苏 常州 213001
针对脉冲激光周向探测系统在高速转动条件下转轴形变影响探测性能的问题，通过建立高速转轴的力学模型，推导出转轴弯曲变形的理论公式；结合平面扩展目标的回波功率方程，建立了转轴偏移下目标探测成像模型。通过仿真分析转轴形变对回波信号幅值电压和成像位置的影响，结果表明：当电机转速达到40000 r/min时，转轴在全反平面镜处角位移达到0.013 rad，沿Y轴的形变达到0.88 mm；回波信号幅值电压随着转速的增大而逐渐减小；空间成像点在40000 r/min时有0.004 m的位置抖动。
激光技术 周向探测 转子振动 扫描成像 测距精度 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0712001
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
3 第二军医大学长海医院, 上海 200433
为提高结构光三维重构系统的点云匹配速度及精度,提出二维视图及三维点云交叉特征点协同匹配的方法。首先,通过投影变换及维度映射关系实现待拼接投影图像的归一化,经预处理后提取端点及分叉点作为关键点,对同类点进行三角划分及相似匹配得到初始点集,并将其映射至三维空间。其次,利用kd-tree搜索得到双邻域质心,根据三点构成的三角形相似关系进一步筛选点集。最后,采用四元数法完成粗拼接,进而使用改进的迭代最近点(ICP)算法完成精拼接。实验结果表明,所提算法的匹配准确率达98.16%,匹配用时3s,粗拼接重叠区域的重心距离误差为0.018mm,所提算法对于二维图像视角变换、纹理光滑、光线不均等具有较高的鲁棒性。
图像处理 视角变换 双维度 协同匹配 点云拼接 迭代最近点算法 激光与光电子学进展
2021, 58(2): 0210003
哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 μm、中波红外3~5 μm及长波红外8~12 μm波段的激光处于大气传输窗口，在激光医疗、环境监测、激光雷达、化学遥感和红外对抗等领域有着非常广阔的应用前景。基于非线性频率转换技术，采用非线性光学晶体在实现中长波红外固体激光输出方面具有结构简单、宽调谐和高功率等技术优势。尤其是使用2 μm单掺Ho固体激光器泵浦ZnGeP2晶体，在3~5 μm和8~10 μm中长波红外输出中性能优异。在平均输出功率方面，目前可达到102 W@3~5 μm、12.6 W@8.2 μm以及3.5 W@9.8 μm的输出水平，光束质量M2均小于3，其中中波的光光转换效率可达60%。文中针对2 μm单掺Ho固体激光器及ZnGeP2晶体在中长波输出方面进行了总结。
中长波红外 非线性光学 固体激光器 2 μm 2 μm middle-long-wave infrared nonlinear optics solid laser 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201056
1 上海工程技术大学电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了克服噪声导致的相位展开不连续现象,用Canny边缘检测算法获取重建模型的真实边缘,结合二阶差分函数计算边缘可靠性,并根据可靠性的大小逐区域展开相位,以达到稳定展开模型全局相位的目的。提取传统算法和本算法相位展开后任意行(或列)的数据点,得到两种算法相对原始数据点的标准差分别为0.0562和0.0121。同时,本算法可以解决枝切法中因噪声过大导致的相位展开稳定性低以及最小二乘法在重建模型中断层的问题,能很好地克服噪声并进行三维重建。
图像处理 相位展开 Canny边缘检测算法 二阶差分 区域展开 三维重建 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241020
1 中国电子科技集团公司第四十六研究所, 天津 300220
2 哈尔滨工业大学, 可调谐激光技术国家级重点实验室, 哈尔滨 150001
本文利用有籽晶的HPVGF法生长了尺寸为54 mm×25 mm的高质量CdSe单晶, 晶体为纤锌矿结构, (002)和(110)面的XRD摇摆曲线半高宽分别为54.4″和45.6″。使用红外显微镜和扫描电镜-能谱分析仪对晶体内部的夹杂相进行测试, 表明晶体内部存在小尺寸富Se夹杂相。CdSe晶片在2.5~20 μm范围内的透过率高于68%, 平均吸收系数为0.037 cm-1。制备出尺寸为10 mm×12 mm×50 mm且满足第Ⅱ类相位匹配条件的CdSe晶柱, 在重频1 kHz, 波长2.09 μm的Ho∶YAG调Q泵浦源激励下, 实现了中心波长为11.47 μm, 线宽为33.2 nm的激光输出, 最大输出功率为389 mW。
CdSe单晶 结晶质量 夹杂相 非线性光学晶体 光参量振荡器 CdSe single crystal crystal quality inclusion nonlinear optical crystals optical parametric oscillator
哈尔滨工业大学, 可调谐激光技术国家级重点实验室, 哈尔滨 150001
中波红外3~5 μm波段以及长波红外8~12 μm波段的激光处于大气传输窗口, 在激光成像、环境监测、激光雷达、激光医疗、化学遥感和红外对抗等领域有着非常广阔的应用前景。基于非线性光学晶体, 采用光学非线性频率变换技术在实现中长波红外固体激光输出方面具有明显的技术优势。该方法激光器结构简单, 且晶体本身并不参与能量交换, 因而没有量子亏损, 从而产热很少。同时具有单色性好、宽调谐、高功率等优点。本文针对常用以及新型非线性光学晶体, 对其应用于中长波红外固体激光器的研究进展做了详细的总结。
中长波红外激光 固体激光器 非线性光学晶体 光学非线性频率变换技术 mid- and long-wave infrared laser solid-state laser nonlinear optical crystal optical nonlinear frequency conversion technology
