梯度补偿法控温晶体的高功率绿光激光器

研究了平均功率超过30 W的稳定高效全固态绿光激光器,分析得出影响全固态腔内倍频激光器倍频效率和输出稳定性的主要因素是倍频晶体局部温升造成的相位失配和热透镜效应,采用温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,降低激光器工作中倍频晶体内外温度梯度从而有效地克服因晶体局部温升造成的倍频相位匹配角失配和热透镜效应。采用三条60 W的半导体激光二极管阵列板条侧面抽运Nd:YAG激光增益介质棒,采用声光调Q,平凹直腔和腔内倍频结构配合温度梯度补偿控温法对大尺寸倍频晶体进行温度控制,得到了稳定高效的532 nm

基于棱镜实现三倍频谐波分离

基于棱镜的色散特性,提出一种楔形窗口与聚焦透镜组合的方式,解决了高功率激光装置三倍频谐波分离所存在的问题,即三倍频的高通量传输和靶面辐照。结合“神光Ⅱ”装置多功能高能激光系统有关参数进行系统设计,确定了楔形窗口参数,并对其所引起的B积分和间距误差进行了分析。通过实验测试,三倍频传输通量由0.7～1 J/cm2提高到2.8 J/cm2,同时靶面三倍频和二倍频分离间距达到2.85 mm,实现了高功率激光装置高通量传输的三倍频谐波分离。

波片相位延迟的精确测量及影响因素分析

提出一种精确测量波片相位延迟的方法。将待测波片置于起偏器和检偏器之间,转动待测波片和检偏器至不同的位置并探测输出的光强,得到波片的相位延迟。采用光源调制技术和解调技术,抑制了连续光所无法克服的背景光干扰和电子噪声的干扰;将光路分为测量光路和参考光路,采用软件除法技术,消除了光源波动的影响,从而实现波片相位延迟的精确测量。详细分析了影响测量精度的误差因素,主要有光源波长变化、温度变化、入射角倾斜、转台转角误差和光源波动,计算了1064 nm波长时厚度为0.52 mm的λ/4多级结晶石英波片产生的相位延迟误差

掺镱双包层光纤放大器的放大特性

从掺镱(Yb)光纤放大器的功率传输方程出发,利用有限差分法对小模场面积(SMA)和大模场面积(LMA)掺镱双包层光纤放大器的放大特性进行了分析比较。采用模场直径(MFD)6.5 μm和20 μm的双包层掺镱光纤作为放大器增益介质进行窄线宽连续信号的放大,在915 nm激光抽运下模拟计算了大、小模场面积输出功率随输入信号功率、抽运光功率和光纤长度的变化特性,特别是对于大模场面积光纤放大器,最优光纤长度的选择至关重要;讨论了模场直径不同时的最优抽运功率和光纤长度的选择,得出4 m光纤放大时的临界抽运功率为4

利用二维光谱色散和透镜列阵改善靶面辐照均匀性

利用二维光谱色散平滑技术和透镜列阵(LA)来改善激光驱动器中靶面的辐照均匀性。通过消衍射透镜列阵可得到包络陡峭且中小空间尺度均匀性较好的焦斑。当在光路中加入二维光谱色散平滑单元后,光束在两个互相垂直的方向发生光谱色散,多光束干涉所引起的细密条纹也将在很大程度上被抹平,如果把横向热传导平滑效应也考虑在内,高空间频率的强度波动可进一步被消除。二维理论模拟结果表明采用该方案可获得顶部平坦边缘陡峭的焦斑,而且该方案无需仔细调整靶面的位置,实际应用较方便。

一种制作掺Yb相移光纤光栅激光器的实验方案

采用遮挡法引入相移制作了掺Yb相移光纤光栅(PS-FBG)。在制作光栅的过程中,将其作为激光器的谐振腔,通过监测激光器的输出功率来确定相移大小。当激光器的输出功率开始下降时,停止曝光,此时引入的相移为π/2。为了使光栅的特性尽快稳定下来需要对光栅进行退火,这将导致引入的相移小于π/2。为了弥补退火过程中引起的相移降低,需要对退火后的光栅进行二次曝光,以使光栅的相移恢复π/2。利用该方法制作了一只光纤光栅激光器。当抽运功率为100 mW时,获得了25 mW的输出功率,信噪比(SNR)为60 dB。在1 h内

双菱体λ/4消色差相位延迟器的设计

根据菲涅尔全内反射相变理论,给出了双菱体λ/4消色差器的结构设计、性能分析和测量方法.由有效通光孔径和光线追迹设计出BK7玻璃在波长532 nm时相位延迟λ/4的双菱体的结构,用作532 nm至1 064 nm波长范围的标准λ/4相位延迟器.理论分析了入射角变化和波长变化对双菱体相位延迟的影响,当入射角变化限制在±4.3°以内时,其影响得到补偿；波长从532 nm到1 064 nm产生的误差为－0.65°.采用椭偏法中的消光技术,分别实测了双菱体在532 nm和1 064 nm波长下的相位延迟为：90.08±0.14°和88.99±0.1°,可知两不同波长产生的相位延迟误差为－1.09°.

整形激光脉冲与激光探针同步技术

实现了应用于神光Ⅱ装置中的高精度整形激光脉冲与激光探针同步方案。在该方案中,激光探针经硅光导开关进行光电转换之后作为激光脉冲整形单元的触发信号,使激光脉冲整形单元,输出与激光探针同步的整形激光脉冲。为了降低由于触发信号不稳定引起的时间晃动,在光电转换之前放大激光探针,以调整激光脉冲整形单元触发信号的幅度。在神光Ⅱ装置中实现了整形激光脉冲与激光探针小于4.5 ps(均方根)的时间同步精度。

高稳定激光二极管抽运Nd∶YLF再生放大器

设计并实现了一种放大纳秒激光脉冲的高稳定的激光二极管(LD)抽运Nd∶YLF再生放大器。为了获得高稳定的输出,再生放大器工作在饱和状态。此时,再生放大器输出稳定性最好,而且注入激光脉冲能量波动引起的输出激光脉冲波动被抑制。由于增益饱和效应,再生放大器输出脉冲出现时域波形失真,附加后缀脉冲能够减弱时域波形失真。放大器工作波长1053nm,工作频率1Hz。输入240pJ的3ns方波激光脉冲,输出激光脉冲能量4.2mJ,总增益大于107,不稳定度小于1%(均方根),方波扭曲1.33。为3ns方波激光脉冲引入其本身幅度0.75倍的后缀脉冲,输出激光脉冲方波扭曲由1.33降至1.17。

四程放大自动准直系统数学模型研究

针对高功率激光装置四程放大系统的特点,利用矩阵光学原理,建立了四程放大准直系统的数学模型;基于此模型,设计了四程放大系统的准直调整方案;得出了近、远场偏移量与调整量关系的解析解.

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明:相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求.

目标反射特性对激光测距的影响

针对非合作小目标激光测距系统,目标表面的反射特征对激光回波信号有很大的影响。建立测量表面双向反射分布函数(BRDF)的装置,对常用的两种热控材料——白漆涂层和F36多包层,测量了其在1064 nm波长下的双向反射分布函数。得出了白漆涂层镜面反射很小,散射角较大,利于各方向接收回波信号;而F36多包层镜面反射很强,散射角-2°~2°,不利于探测。通过由表面BRDF与由朗伯散射计算得到的最小接收功率的比较,得出了入射角大于45°入射白漆涂层时,回波信号较小;大于2°入射F36多包层时,没有回波信号。

激光稳频的共焦法布里-珀罗干涉仪

针对多普勒激光雷达激光源短期频率漂移低于1 MHz的要求,设计了一种共焦干涉仪作为频率标准进行稳频。通过对三种不同材料制成的共焦法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪中心频率随温度漂移情况进行分析对比,选用零膨胀微晶玻璃材料制作共焦法布里-珀罗干涉仪,腔镜和隔离器通过光胶的方式进行组合,并且置于温控精度优于0.01 K的双层密封温控箱中。经过实验测量,共焦法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围为370 MHz,透射谱半峰全宽(FWHM)为1.7 MHz,精细度为220。采用该共焦干涉仪进行稳频,理论稳频精度可达0.15 MHz,满足激光多普勒雷达单频激光源的稳频要求。

用于高重复频率热容主振荡功率放大器激光系统的波前检测技术

高重复频率热容主振荡功率放大器(MOPA)激光系统的工作过程一般只持续几秒至几十秒,在此过程中系统输出光束的波前畸变是动态变化的。采用环路径向剪切干涉(CRWSI)技术对高重复频率热容MOPA系统波前畸变的变化过程进行检测,并对系统的总体结构进行了设计。搭建了一个简化的实验系统,采用平凹透镜来代替光放大器产生波前畸变,并由此对环路径向剪切干涉仪的测量精度进行了验证。结果表明,实验测量结果与理论计算值之间的峰值误差为7.8%(0.02λ)。

机载测深激光雷达千赫兹全固态激光器设计及特性研究

将千赫兹高功率全固态Nd：YAG激光器的增益介质当作厚透镜处理，使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析。采用多条半导体激光列阵侧向紧凑抽运结构设计，提高了增益介质光抽运的均匀性。根据实际抽运功率，通过模拟计算，设计了平凸非稳腔。选择的凸面全反镜的最佳曲率半径有效地补偿了增益介质热透镜效应，激光器实现了动态稳腔运转，激光脉冲能量输出斜度效率大于13％，光束发散角优于1.3mrad。