为研究在基于热烧蚀效应的激光清洗中激光参数对清洗效果的影响，根据热烧蚀效应原理、傅里叶热传导方程以及能量守恒定理，使用有限元分析软件建立了热烧蚀动态能量守恒的二维激光清洗仿真模型。在该模型中使用了虚拟第三类边界条件，将薄层-基底系统中的激光烧蚀热功率密度与被烧蚀污渍层边界的法向移动速度进行关联，实现了污渍层烧蚀潜热消耗量与激光烧蚀能量之间的动态能量守恒，明确了质量损失与能量消耗的数学关系，使所建立的模型更加理论自恰和精确可靠。利用该模型理论分析了光斑吸收功率、光斑直径、扫描速度以及扫描能量密度对清洗效果的影响，结果表明：污渍平均残留厚度随光斑吸收功率和扫描能量密度增大而减小，且减小的速率会逐渐变慢，当激光功率过大时，基材会出现损伤；污渍平均残留厚度随光斑直径和扫描速度的增大而变大，但减小光斑直径和扫描速度会降低清洗效率。提出了根据污渍层物性参数与扫描能量密度的对应关系优化激光参数的方法，并对非平整表面污渍层进行了多次不间断扫描的仿真分析，得到了清洗效果随扫描次数的变化规律。该研究结果对激光清洗设备的方案设计、优化改进和使用选型具有一定的指导意义。
激光清洗 热烧蚀 有限元分析 薄层-基底系统 动态能量守恒 laser cleaning thermal ablation FEA thin layer-base system dynamic energy conservation 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220779
半导体激光抽运碱金属激光器(DPAL)具有很高的斯托克斯效率、高光束质量、近红外光谱等优异的特性,得到了广泛的关注和较快的发展。作为典型的三能级激光器, 碱金属激光器连续输出的近红外波长分别为895nm(铯), 795nm(铷), 770nm(钾)。介绍了半导体激光抽运碱金属激光器的物理机理和重要研究进展, 以及作者团队在碱金属激光器方向做的理论和实验研究情况, 讨论了该领域存在的问题和难点, 并对碱金属激光器的未来发展进行了分析和展望。
激光器 碱金属激光器 半导体抽运 气体流动系统 lasers alkali lasers laser diode pump gas flowing system
1 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
2 上海航天技术研究院，上海 201109
3 电子科技大学自动化工程学院，四川 成都 611731
由于涡旋光具有内禀的拓扑荷（TC）属性，其作为空间光通信的载体会拥有更高维的希尔伯特空间，故基于涡旋光的光通信将明显提升信道容量和安全性。在光通信的信道接收端，需要准确且快速地识别TC以解码所传输的信息。将偏振态维度引入到TC的识别过程中，从数值模拟和实验验证两个方面研究了偏振态对TC识别的影响。通过分析马赫-曾德尔干涉仪中不同偏振态的信号光与参考光所形成的干涉图像发现，使用圆偏振态的高斯光（参考光）对圆偏振态的涡旋光（信号光）的TC识别最为有利，且在TC识别过程中具有圆偏振态的信号光与参考光对干涉光路的角度敏感性也最低。理论模拟与实验数据的吻合程度较好表明，所提的偏振干涉TC识别方案对未来高速、高容量涡旋光数千米量级的光通信具有一定的实用参考意义。
物理光学 偏振态 拓扑荷 涡旋光束 干涉测量 光学学报
2022, 42(17): 1726001
近年来, 激光清洗技术的应用范围不断扩大, 取得了微粒清洗、模具清洗、交通工具清洗等全新的研究成果, 但也存在着设备价格昂贵、测试时间冗长等缺点。为了了解激光清洗的研究现状, 总结了激光清洗技术的清洗机理、应用领域、发展现状以及存在的问题, 介绍了新型激光复合清洗技术在绿色制造中的优势及其未来发展的潜力。
激光技术 激光光学 光学制造 激光清洗 laser technique laser optics optical fabrication laser cleaning
为了研究LD抽运的Nd∶YVO4的声光Q开关的射频功率对衍射效率、漏光功率与门信号开启后激光输出脉冲序列的时间特性的影响, 通过调节施加在Q开关上的射频功率, 取得了漏光与激光脉冲上升时间随之变化的趋势并加以分析。结果表明, 在射频功率增大到4.4 W时, 漏光完全消失; 在射频功率位于2W~3 W之间时, 漏光功率在500mW以下, 且激光脉冲上升时间是到达第一阈值所用时间的60%~70%; 得到了既顾及门信号开启后激光输出脉冲序列的上升时间、又尽可能在Q开关处于hold-off状态时保持低的激光漏光功率的驱动射频信号的功率范围。该研究结果对构建适用于可快速开启的、热效应较为严重的声光调Q固体激光器具有较好的参考价值。
激光技术 声光调Q 固体激光器 漏光 门信号 射频功率 laser technique acousto-optic Q-switching solid-state laser light leakage gate signal power of radio frequency
高重频中红外激光器在光电对抗及其它领域具有重要的应用价值, 其输出的激光波长覆盖了3μm~5μm, 主要包括直接抽运式高重频中红外固体激光器、高重频中红外光纤激光器和高重频中红外光学参量振荡器3种类型。介绍了产生高重频中红外激光的主要技术方案, 并讨论了上述3种类型激光器的相关进展状况。最后, 对各种技术所存在的问题和未来的发展方向进行了分析与展望。
激光器 中红外 调Q 锁模 光参量振荡器 lasers mid-infrared Q-switched mode-locked optical parametric oscillator
太赫兹时域光谱技术是材料介电参数测量的重要方法, 是材料研究、 鉴别和分析的重要工具。 太赫兹时域光谱技术是一种太赫兹频段的相干探测技术, 可以同时获得太赫兹波的幅度和相位信息, 通过透射测量、 反射测量可获得材料的复透射率或复反射率来反演材料的电磁参数。 在实际中, 大多数被测材料太赫兹波无法穿透, 或者不满足透射材料参数反演需要的弱吸收近似, 因此反射测量更具应用价值。 在已发表的研究结果中, 研究人员仍普遍采用透射测量的方案, 很少见使用反射测量方案获取材料参数。 究其原因, 在反射测量时, 由于样品和参考板位置的放置误差很难消除, 从而导致无法准确提取反射相位。 将光学领域广泛使用的Kamers-Kronig关系应用于太赫兹时域光谱系统反射测量中, 以解决反射测量中无法准确获得相位信息从而无法提取介电参数的问题。 为了验证Kamers-Kronig关系的准确性, 一方面, 通过透射、 反射方法分别测量硅材料的复透射率、 复反射率并反演了其材料参数, 两者的反演结果一致性较好。 另一方面, 利用同一组硅的反射测量数据分别用Kamers-Kronig关系和最大熵法对其材料参数进行反演, 两种处理方法也可以实现相互印证, 进一步确保了提取数据的可靠性。 对Kamers-Kronig关系和最大熵方法所取得的结果进行了对比讨论, 通过Kamers-Kriong关系和最大熵法获得的折射率、 消光系数以及复介电参数结果一致性较好, 且基于Kamers-Kriong反演了一种精神药物的吸收谱, 与透射结果做了比对。 结果表明, Kamers-Kronig关系非常适合提取材料光学参数和吸收谱, 且相比最大熵法其普适性更强, 甚至对于无法获取相位信息的非相干测量系统依然适用, 但该方法需要整个频段的反射率幅度信息, 对于没有测量的频率需要进行外推, 对于反射率随频率变化不大的物质更加适用。 该研究成果对于利用反射式太赫兹时域光谱系统获取材料太赫兹波段的光学参数提供了一种有效方法, 可解决绝大数情况下反射测量参数提取问题, 对太赫兹时域光谱技术的实际应用具有重要意义。
太赫兹 Kamers-Kronig关系 反射 材料参数反演 Terahertz Kamers-kronig relationship Reflection Material parameters
给出了ZnTe电光晶体折射率和吸收系数随太赫兹波频率而变化的计算曲线, 比较了太赫兹波在ZnTe中传播时的相速度和群速度。通过与太赫兹频率和晶体厚度相关的电光效率响应函数, 理论计算了ZnTe电光晶体对太赫兹脉冲的探测电光响应, 得到了晶体厚度与探测到的太赫兹频谱宽度的定性关系, 从计算结果中找到了ZnTe电光晶体在5.3 THz和6.2 THz等多个频点的探测盲点, 这些探测盲点来自于ZnTe电光晶体与相应频点太赫兹波的栅格共振吸收。结合自制的大口径太赫兹光导天线和1 kHz脉冲重复频率的太赫兹时域光谱实验系统, 通过差分探测技术, 从实验上得到了太赫兹波极化方向与〈110〉型ZnTe晶体晶轴方向的六个最佳匹配角度, 给出了太赫兹电场最大值随晶轴与太赫兹波极化方向之间夹角变化的曲线及经验公式, 这将有利于在实践中对该现象的深入理解和对探测灵敏度的有效提高。
太赫兹探测 ZnTe晶体 电光响应 terahertz detection ZnTe crystal electric-optic response 红外与激光工程
2019, 48(12): 1219001
