Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha 410073, China
3 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, Hefei 230037, China
In this paper, an effective method is proposed to generate specific periodical surface structures. A 532 nm linearly polarized laser is used to irradiate the silicon with pulse duration of 10 ns and repetition frequency of 10 Hz. Laser-induced periodic surface structures (LIPSSs) are observed when the fluence is and the number of pulses is 1000. The threshold of fluence for generating LIPSS gradually increases with the decrease of the number of pulses. In addition, the laser incident angle has a notable effect on the period of LIPSS, which varies from 430 nm to 1578 nm, as the incident angle ranges from 10° to 60° correspondingly. Besides, the reflectivity is reduced significantly on silicon with LIPSS.
laser-induced periodic surface structure nanostructures fluence number of pulses incident angle Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 013802
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学高能激光技术湖南重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 国防科技大学大功率光纤激光湖南省协同创新中心, 湖南 长沙 410073
采用二氧化碳激光逐点刻写技术对2 μm波段长周期光纤光栅(LPFG)的传输特性进行了实验研究,探索了光栅周期、折射率调制深度、光栅周期数等光栅刻写参数对光纤光栅在2 μm波段特征损耗峰的影响。仿真和实验结果均表明,2 μm波段LPFG的谐振中心波长和谐振峰深度可分别通过光栅周期以及光栅长度来调谐,激光扫描次数以及折射率调制都将增加光纤内模式的耦合强度。此外还探究了2 μm波段LPFG对于环境温度的敏感特性,通过设计实验测得该波段LPFG的温度灵敏性为74 pm/℃。该研究在2 μm波段光纤激光器及其应用的核心器件方面有潜在的应用价值。
光纤光学 光纤激光 光纤传感 光纤光栅 谐振波长
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
利用COMSOL软件建模对光参量振荡器(OPO)进行热分析,发现在大功率抽运下,晶体的中心轴线附近由于吸收参量光,出现较为明显的温度上升。MgO∶PPLN晶体的折射率对温度非常敏感,较小的温升会使参量光产生不可忽略的波前畸变,进而导致光束质量下降。晶体的温升是由参量光的吸收引起的,这样的温升不可避免,大功率OPO/OPA(光参量放大器)的光束质量劣化是必然的。
非线性光学 光参量振荡器 热分析 波前畸变 光束质量劣化 光学学报
2017, 37(12): 1219001
1 军事医学科学院 放射与辐射医学研究所，北京 100850
2 国防科学技术大学 光电科学与工程学院， 长沙 410073
实验研究激光对液体贮箱的辐照效应时，需测量贮箱内液体的流动状态。当壳体温度不超过液体的饱和温度时，贮箱内液体为自然对流形态。利用粒子图像测速（PIV）技术，搭建了二维数字PIV系统，实现了液体平面内的速度场测量。采用粒径1~5μm、密度1.05g/cm3的空心玻璃微珠微粒做为示踪粒子；利用532nm连续波激光器和三个平凸柱透镜构建了片光系统；采用装有微透镜阵列的CCD相机记录粒子图像；利用互相关算法处理粒子图像计算速度场。将此技术应用于激光辐照液体贮箱实验之中，实验结果与数值计算结果相符较好。
激光与物质相互作用 粒子图像测速技术 液体贮箱 自然对流 laser-matter interaction particle image velocimetry liquid tank natural convection
1 军事医学科学院 放射与辐射医学研究所, 北京 100850
2 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
利用激光辐照靶目标时,被辐照部位可能是液体贮箱。通过实验测量与数值模拟的紧密结合,揭示了液体处于自然对流状态时激光辐照下贮箱侧壁温升及液体速度场的演化规律。结果表明：激光辐照初期,铝板中心温升率较高；随着壁面附近液体温度的升高,光斑附近速度边界层内的最大流速增大,传热强度亦增大,导致铝板温升率降低；当铝板吸收的激光能量能够基本被水的对流带走时,铝板中心的温升率趋于零。
激光与物质相互作用 液体贮箱 自然对流 粒子图像测速 laser-matter interaction liquid tank natural convection particle image velocimetry 强激光与粒子束
2015, 27(12): 121006
1 军事医学科学院 放射与辐射医学研究所, 北京 100850
2 国防科学技术大学 光电科学与工程学院，长沙 410073
根据质量守恒、动量守恒及能量守恒原理，建立了自然对流情形下激光辐照液体贮箱的理论模型。通过方程分析法，导出了该问题的尺度律，在此基础上给出了激光辐照液体贮箱的缩比方法，并对一组实例进行了数值计算，得到了缩比模型与原型结果完全相似的结论，模拟结果证明了该问题尺度律的成立。为验证理论模型与数值求解的正确性，本文还针对小尺度模型进行了实验研究，数值模拟结果与实验测量结果符合较好，表明理论模型可靠有效。
激光与物质相互作用 液体贮箱 自然对流 尺度律 laser-matter interaction liquid tank natural convection scaling law 强激光与粒子束
2015, 27(9): 091003
1 北京跟踪与通信技术研究所， 北京 100094
2 国防科学技术大学 光电科学与工程学院， 长沙 410073
通过表面形貌观察、温度场分析，研究了切向空气气流、切向氮气气流、自然对流3种环境下氟化氘(DF)激光对45#钢靶的辐照效应，结果表明: 切向空气气流环境下，钢靶烧蚀效果最显著，靶板后表面中心温升最高; 切向氮气气流环境下，钢靶有一定的烧蚀，但温升最低; 自然对流环境下，烧蚀效果最差。实验结果表明: 切向气流可移除部分熔化物，特别在切向空气气流环境下剧烈的氧化反应可促进钢靶温度升高，显著增强激光对钢靶的烧蚀，停止激光辐照后切向气流的冷却效应起主要作用。根据实际物理问题建立了相应的数值计算模型，模拟了不同气流环境下激光对钢靶的辐照效应，其中，利用“生死单元”的方法，模拟了切向空气气流环境下激光对钢靶的烧蚀，并考虑了氧化放热的影响。模拟结果与实验结果基本相符，解释了气流在激光辐照效应中的作用。
激光辐照 切向气流 氧化反应 烧蚀 生死单元 laser irradiation tangential gas flow combustion reaction ablation element birth and death 强激光与粒子束
2015, 27(4): 041011
1 国防科技大学 光电科学与工程学院，湖南 长沙 410073
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
为解决金属材料在激光辐照过程中因时变能量沉积所致的热响应问题，构建了由多层氧化膜生长模型、吸收基底表面多层吸收膜模型和热传导方程组成的能量沉积-热响应时变耦合模型。多层氧化膜包括Fe2O3、Fe3O4和FeO等三层，Fe2O3和Fe3O4氧化膜初期以线性规律生长，后期以抛物线规律生长，其中Fe3O4氧化膜在250 ℃以上开始生长；FeO氧化膜在570 ℃后以抛物线规律生长。利用吸收基底表面多层吸收膜模型计算了不同厚度多层氧化膜的反射率；利用热传导方程计算样品温度，联立求解了激光辐照过程中样品温度和反射率的变化历程。最后，建立了积分球反射率测量装置，在线测量了不同功率1.06 μm连续激光辐照过程中45#钢的反射率和温度，实验结果与数值模拟结果吻合较好。
连续激光 激光辐照 45号钢 反射率 热响应 动力学模型 cw-laser laser radiation 45# steel reflectance thermal response dynamic model
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
设计了级联式全光纤1018 nm光源。该光源采用两级级联放大方案，实现了对低功率1018 nm种子光的放大，获得了4.2 W的最大输出功率，并分析了影响放大效率的因素。以获得的1018 nm激光为抽运源，进行了1070 nm信号光的同带抽运放大器实验研究，测量了放大器的输出特性。在纤芯抽运实验中，获得了明显的放大效果和较高的功率转换效率。进行了瓦量级包层同带抽运的实验研究，分析了导致包层抽运实验中功率转换效率偏低的原因并提出了解决方案。
激光器 光纤放大器 同带抽运 双包层光纤 转换效率
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
以国产掺Yb光纤为增益介质，利用国产泵浦源和光纤器件，构建了主振荡功率放大结构的全国产大功率全光纤激光器。在注入的最大泵浦功率为75 W时，获得了52.5 W，1 080 nm激光的稳定输出，光-光效率为70%。实验结果表明，提高泵浦功率可获得更高的输出功率。
激光器 国产 全光纤 主振荡功率放大 laser China-made all-fiber master oscillator power amplification
