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
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
1 西南技术物理研究所，四川成都 610041
2 哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001
太赫兹( THz)波具有很高的研究价值和广阔的应用前景，实现 THz技术广泛应用的关键之一是研制高功率、高能量、高效率、室温运行、可调谐、低成本和便携式的 THz光源。光泵气体THz激光器具有功率高，能量大，波长范围广，技术可靠等优点，在透视成像和无损检测等领域成为可靠的 THz源。本文对利用横向激励高气压( TEA) CO2激光器 9P(20)支线泵浦 CH3F气体产生的 496 μm THz波进行实验研究，并对影响 THz波能量输出的主要因素进行分析讨论。实验中获得的最大THz波脉冲能量为 57.14 μJ，输出波长为 490 μm。
太赫兹 CH3F气体 横向激励高气压 CO2激光 496 μm太赫兹波 THz CH 3F gas Transversely Excited Atmospheric CO 2 laser 496 μm THz wave 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(5): 744
由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大, 因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外, 分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析, 最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm, 一级主放大级的为5 cm, 二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时, 也评估了采用此设计方案时, 整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。
气体激光器 端面泵浦 碱金属蒸气激光器 密闭蒸气池长度 工作温度 gas laser end pumped DPAL MOPA MOPA cell length temperature 红外与激光工程
2016, 45(11): 1106003
Yb3+:KGd(WO4)2晶体具有增益带宽大、掺杂浓度高等突出特点, 是近年来引起广泛关注的可用于构建锁模飞秒和辐射平衡激光系统的激光介质。这里建立了基于准三能级系统的微观动力学理论模型, 并将其应用于端面泵浦Yb3+:KGd(WO4)2种子源和激光放大系统的理论分析中。首先从速率方程出发, 讨论了准三能级激光系统的种子源部分的物理特性, 指出种子源部分存在着最佳的晶体长度和输出耦合镜反射率。由于Yb3+:KGd(WO4)2晶体材料的热传导率很低, 研究中拟采用主控振荡功率放大结构以实现30 W量级的激光输出, 并在此基础上探讨了主控振荡功率放大器部分的输出物理特性。研究结果对将来构建实用化的Yb3+:KGd(WO4)2激光系统有着重要的理论指导意义。
半导体激光泵浦固体激光器 MOPA结构 Yb3+:KGd(WO4)2激光器 准三能级 功率放大 diode pumped solid-state laser MOPA configuration Yb3+:KGd(WO4)2 laser quasi-three level power amplification 红外与激光工程
2016, 45(11): 1105003
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali vapor laser (DPAL) is one of the most promising candidates of the next-generation high-powered laser source. As the saturated number density of alkali vapor is highly dependent on the temperature inside a vapor cell, the temperature distribution in the cross-section of a cell will greatly affect the homogeneity of a laser medium and the output characteristics of a DPAL. In this paper, we developed an algorithm based on the regime concluding quasi-Hilbert transform to evaluate the phase aberration of a wavefront when the probe beam passes through the vapor cell placed in one arm of a Mach–Zehnder interference setup. According to the theoretical algorithm, we deduced the temperature distribution of a cesium vapor cell for different heating conditions. The study is thought to be useful for development of a high-powered laser.
DPAL DPAL Hilbert transform Hilbert transform temperature distribution temperature distribution vapor cell vapor cell High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e38
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali laser (DPAL) provides the significant promise for high-powered performances. In this paper, a mathematical model is introduced for examination of the kinetic processes of a diode-pumped cesium vapor hollow-core photonic-crystal fiber (HC-PCF) laser, in which the cesium vapor is filled in the center hole of a photonic-bandgap fiber instead of a glass cell. The influence of deleterious processes including energy pooling, photo-ionization, and Penningionization on the physical features of a fiber DPAL is studied in this report. It has been theoretically demonstrated that the deleterious processes cannot be ignored in a high-powered fiber-DPAL system.
DPAL DPAL hollow core hollow core ionization ionization photonic bandgap photonic bandgap High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e37
