为了解决激光目标回波模拟器输出脉冲激光能量无法现场标定的问题, 采用模拟积分原理, 通过光电探测组件参数优化设计和积分组件电路结构设计, 建立了激光目标回波模拟器能量标定装置, 并设计相应实验对标定装置的测量能力进行验证。结果表明, 激光目标回波模拟器能量标定装置可实现对脉冲宽度为10ns~100ns脉冲激光能量值的准确测量, 其能量测量范围为10fJ~1pJ, 包含因子k=2时, 测量不确定度为13.8%。该研究可满足激光目标回波模拟器输出脉冲激光能量测量与标定的需求。
测量与计量 飞焦激光 截止频率 积分窗口时间 measurement and metrology femto-joule laser cutoff frequency integral-window time
1 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
2 清华大学精密仪器系, 北京 100084
提出一种改进的Gerchberg-Saxton(G-S)算法,实现了基于环形光束的衍射光学元件的精确设计。所提算法可以确保输出平面上有小的采样间隔,起到了抑制散斑的作用;与未采用散斑抑制的常规的改进G-S算法相比,所提算法得到了更高性能的均匀光斑;仿真结果和实验结果一致。
衍射 二元光学 Gerchberg-Saxton算法 消除散斑 光束整形 衍射光学元件
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
Yb3+:KGd(WO4)2激光器是近年来得到广泛关注的新型固体激光光源，具有吸收和发射截面大、荧光谱线宽、激光阈值低等突出特点。对此三能级激光系统进行微观动力学理论分析，在探讨了不同的晶体切割方向、抽运光偏振方向和激光偏振方向的吸收和发射特性的基础上研究了Yb3+:KGd(WO4)2激光器输出特性随晶体长度和输出耦合镜反射率的变化规律，得到了Yb3+:KGd(WO4)2激光器的最佳构成条件，即：晶体切割方向平行于g轴，抽运光偏振方向平行于m轴，激光偏振方向平行于p轴。
激光器 输出特性 各向异性 端面抽运三能级系统 Yb3+:KGd(WO4)2激光器 激光与光电子学进展
2016, 53(6): 061409
半导体激光器抽运碱金属激光器（DPAL）是近年来发展迅速的新型激光光源。DPAL的主振荡功率放大（MOPA）系统是实现DPAL高功率化的最理想工程手段之一。相对于传统激光器，DPAL的吸收和发射线宽非常窄，因此种子光的线宽是影响DPAL-MOPA输出特性的重要参数之一。建立端面抽运DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型，在计算步骤中考虑了种子光线宽与发射截面的波谱分布，详细计算和分析了种子光线宽对DPAL-MOPA系统的输出功率、输出线宽、提取效率、增益系数和抽运吸收等特性的影响，有助于将来定标放大高功率DPAL系统的构建。
激光器 半导体抽运碱金属激光器 种子光线宽 发射截面波谱 主振荡功率放大器 定标放大
利用Yb3+∶KGd(WO4)2晶体的热膨胀系数各向异性和折射率温度梯度为负值的特点，就可能找到被光抽运时热透镜效应为零的特定方向，此方向即为“无热透镜方向”。鉴于前人的理论计算中存在着一些缺陷，利用最小二乘法和二阶张量旋转法，精确计算了Yb3+∶KGd(WO4)2晶体的热膨胀张量以及在不同偏振状态下的无热透镜方向：m偏振时，在p-g 平面内与p 轴成±46.3°的方向；p 偏振时，在m-g 平面内与m 轴顺时针成24.9°以及与m 轴逆时针成81.2°的方向；g 偏振时不存在无热透镜方向。将之与前人的计算结果进行了比较，指出了其理论模型中存在的缺陷。计算了p 偏振时在m-g 平面内与m 轴顺时针成17°的方向上传播以及m 偏振时b 方向传播的单位光程变化值，并与前人已发表的理论与实验结果做了对比分析，证实了所建理论体系的有效性。
激光器 无热透镜方向 二阶张量计算 Yb3+∶KGd(WO4)2晶 热透镜效应 中国激光
2015, 42(12): 1202008
结合激光微观动力学和热传学,充分考虑到发射激光时的各能级粒子数和热力学分布特性,建立了用于分析二极管抽运铷金属蒸气激光物理特性和增益腔内的温度分布模型,得到了抽运功率和激光输出、光-光转换效率及各物理参数之间的关系,分析了有效提高抽运能量吸收的具体措施,揭示了2P3/2和2P1/2两个精细能级之间的集居数弛豫对半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)物理特性的影响。结果表明: 在设计不同用途DPAL时,必须要综合考虑各种因素,以确定相应的最佳结构参数。
碱金属蒸气 二极管抽运激光 动力学 热传学 粒子数密度 alkali vapor LD-pumped laser kinetics heat transfer population density 强激光与粒子束
2014, 26(12): 121008
