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中国激光 2016年第10期杂志 文档列表

中国激光杂志综述

Nd^3＋掺杂无序晶体被动锁模激光器的研究现状1-10

摘要：全固态激光器被动锁模是产生超短脉冲的一种有效方法。在基于Nd^3＋掺杂激光材料被动锁模产生超短脉冲的研究中，无序晶体成为研究的热点。结合相关工作，总结了Nd^3＋掺杂无序晶体被动锁模激光器的研究现状，展望了Nd^3＋掺杂无序晶体在超强超短脉冲制备中的发展前景。

中国激光杂志激光物理

高峰值功率皮秒脉冲棒状光子晶体光纤放大器11-17

摘要：高峰值功率的超短脉冲激光器在激光精细微加工等领域有着重要应用。以超大模场光纤为放大器对超短脉冲激光进行功率放大，是实现高光束质量、高峰值功率超短脉冲激光输出的有效技术手段。本文以脉冲宽度、重复频率可调的 1030nm 锁模光纤激光器作为种子光源，通过多级全光纤功率预放大和以超大模场棒状光子晶体光纤为增益介质的功率放大器，搭建了高峰值功率皮秒脉冲光子晶体光纤放大器系统。实验研究了棒状光子晶体光纤放大器的输出特性，在脉冲宽度 30ps 下实现了峰值功率 2.94MW 的近衍射极限的激光脉冲激光放大输出。

机抖激光陀螺抖频匹配技术的优化18-24

摘要：在机抖激光陀螺捷联惯导系统中，陀螺的抖动偏频将引起伪圆锥运动。本文详细推导了伪圆锥运动对捷联系统旋转矢量计算影响的表达式，并通过数值计算，全面分析研究了伪圆锥误差的影响因素；在此基础上，为实现伪圆锥误差最小化，给出了机抖激光陀螺抖动频差的匹配原则。面向工程实际问题，新提出一种机抖激光陀螺抖频调谐技术。仿真分析和试验结果表明，利用所提出的新型可调谐偏频技术，在不影响陀螺整体外形尺寸和抗振性能的前提下，基于一种主体抖动轮，通过按需选配调节构件，便可便捷地满足系统对陀螺抖动频差的匹配要求。同传统方案相比，实现了机抖激光陀螺抖频匹配技术的优化，对于进一步提升机抖激光陀螺，尤其是小型化机抖激光陀螺的工程化水平和降低生产成本具有重要意义。

激光二极管端面抽运Nd：YAG表层增益板条激光器25-30

摘要：结合板条激光器和薄片激光器的特点设计了一种新颖的表层增益板条激光器结构。设计出基于慢轴像中继的抽运耦合系统实现抽运光在板条宽度方向的均匀分布。利用表层增益板条激光器实现了稳定的准连续激光输出，在抽运频率300Hz、抽运脉宽200μs，抽运单脉冲能量354m J条件下，实现了单脉冲能量121.3m J的1064nm激光输出，对应的光光转换效率和斜效率分别为34.3%和45%。

基于混合表面等离子体波导的纳米激光器31-36

摘要：提出了一种基于混合表面等离子体波导（HPW）的纳米激光器，并对其进行了理论研究和仿真分析。此结构通过金属介质界面的表面等离子体模式与高增益介质半导体纳米线波导模式耦合，使中间的空气间隙场强得到显著增大，并保持低损耗传输，实现对输出光场的深亚波长约束。通过对几何参数进行优化，得到具有较小阈值和较高品质因数的纳米激光器。与边缘耦合混合表面等离子体纳米激光器比较可知，当二者的几何参数相同时，基于HPW的纳米激光器具有更小的阈值。

重复频率脉冲激光辐照金属材料热效应模拟分析37-43

摘要：在不同占空比的重复频率脉冲激光辐照下，数值模拟了金属材料前、后表面的温升特性和烧蚀深度变化规律，考察了材料厚度和物性的影响。模拟结果表明，材料前表面温升曲线呈齿状；激光占空比越小或者材料越薄，材料后表面温度越高，烧蚀越深；与连续激光相比，重复频率脉冲激光更有利于金属材料的加热及烧蚀。

二极管抽运国产Yb：YAG陶瓷高功率被动调Q激光器44-49

摘要：本文报道了激光二极管抽运的国产 Yb：YAG 陶瓷高功率被动调 Q 激光器。实验中使用半导体可饱和吸收镜（SESAM）作为调 Q 元件，在 6.3 W 的吸收抽运功率下得到了被动调 Q 激光脉冲输出。调 Q 激光脉冲的最大平均输出功率为 1.24 W，脉冲宽度为 2.07 μs，重复频率为 31 k Hz，单脉冲能量为 40 μJ。通过研究国产 Yb：YAG 陶瓷的连续激光和调 Q 激光的性能，表明了高质量国产 Yb：YAG 陶瓷在高功率短脉冲固体激光器方面有潜在的应用价值。

光参量振荡器和光参量放大器实现窄谱宽中红外激光输出50-56

摘要：高增益和抽运光谱宽等因素会使光参量振荡器输出的参量光谱线大幅展宽。通常在腔内插入标准具、光栅等元件以控制谱宽，但会引入损耗，导致激光器输出阈值增大，转换效率和输出功率降低。报道了一种不使用任何谱宽压缩元件获得窄谱宽高功率中红外激光输出的方案。该方案将窄谱宽和高功率分离，分别获取。搭建了1．064μmNd：YAG主振荡功率放大结构的窄谱宽抽运源。通过调节光参量振荡器中PPMgLN晶体内的抽运光功率和光斑直径，实现晶体内增益强度的控制，从而有效控制中红外激光谱宽。在光参量振荡器中，当抽运光功率约为3倍阈值时，获得了0．7W、谱宽小于1．12nm的2．9μm种子光，再通过两级光参量放大器后，最终获得6．27W、光光转换效率15．7％的2．9μm激光输出，谱宽基本保持不变。

激光晶体的键合条件研究57-63

摘要：键合晶体作为激光工作物质，可以有效地控制热负载，减小端面的变形和损伤，降低光束的波前畸变。基于键合面缝隙闭合理论，分析了激光晶体的键合条件，计算了Nd：YAG、Nd：YVO4和蓝宝石晶体在光胶时键合面处的哈梅克常数和表面能，讨论了这三种材料在制作键合晶体时需要满足的条件，对比了制作的难易程度。以YAG-Nd：YAG晶体为例进行了光胶实验，验证了键合条件的合理性；对热处理后的YAG-Nd：YAG键合晶体进行抽运光照射实验，证明了键合强度和键合稳定性满足实验要求。提出的晶体键合条件判断方法可以为键合晶体的选材和键合工艺的参数优化提供参考。

全固态双共振KTPⅡ类相位匹配腔内和频578 nm黄激光器64-70

摘要：提出了全固态双共振 KTPⅡ类相位匹配腔内和频连续波 578 nm 黄光激光器的研究结果。利用两块增益介质 Yb：YAG（薄片）和 Nd：YAG 分别得到的 1030 nm 和 1319 nm 基频谱线，通过 KTPⅡ类临界相位匹配进行腔内和频实现了 578 nm 黄激光输出。实验中发现 578 nm 黄激光输出同时出现 582 nm 和频光成分。通过光谱分析，该现象是由于 Nd：YAG 晶体中对应能级跃迁为 R2→X3 的 1338 nm 谱线起振，同时与 1030 nm谱线产生了和频作用。当 Yb：YAG 和 Nd：YAG 的泵浦功率分别为 10.3 W 和 3.7 W时，得到 55 mW 的黄激光输出，功率稳定性在 30 min 以内优于 4.7%。利用格兰棱镜测量了基频光与和频光的偏振特性，结果表明，对于两个各向同性的激光晶体，谐振腔结构以及和频晶体的方位角均能影响其相应基频光的偏振特性，两者均可以使基频光的偏振方向向有利于和频作用的偏振方向改变。

连续波光参量振荡器最佳转换效率的实验研究71-76

摘要：对连续波光参量振荡器的转换效率进行了研究。光参量振荡器选用氧化镁掺杂的周期性极化铌酸锂（Mg O：PPLN）晶体为非线性晶体。实验中通过改变泵浦光功率和输出镜反射率改变腔内信号光波的光强，证明了腔内存在最佳信号光强，使得光参量振荡器达到最佳转换效率。根据此最佳信号光强，本文在 2.9 μm 波段实现了 8 W 的输出，闲频光输出效率 19.5%，在不加额外限制线宽器件的情况下，2.9 μm 输出线宽小于 0.68 nm。

基于双管的高亮度半导体激光器光纤耦合系统设计77-83

摘要：半导体激光器光纤耦合输出系统常被用作光纤激光器的泵浦源，是光纤激光器的核心器件之一。针对 105μ m/NA 0.15的多模光纤，本文使用 ZEMAX 设计了一种基于双管的高亮度光纤耦合输出系统。该系统采用高精密准直技术、台阶加反射镜空间合束、偏振合束和慢轴扩束技术完成光束整形，最后使用非球面透镜聚焦耦合进105μ m/NA 0.15 的目标光纤。结合设计，在现有器件的基础上进行了等效验证实验。模拟和实验均表明：该系统可将 16 支双管耦合进 105μ m/NA0.15 光纤，在注入电流为 15A 时，可获得稳定输出功率 154W，亮度达 25MW/（cm^2·sr）， 对应电光效率为 42.0%。该模块工程化后可广泛应用在光纤激光器泵浦及工业加工等领域。

中国激光杂志激光制造

GH4169薄壁零件表面损伤的激光沉积修复试验研究84-90

摘要：针对 GH4169 合金薄壁零部件表面损伤的修复需求，研究了不同基体厚度和扫描方式对激光沉积修复GH4169 合金修复件残余应力、微观组织及拉伸性能的影响。结果表明：基体厚度越小，即修复体厚度越大，残余应力σx、σy随之增加，枝晶间析出的 Laves 相体积分数变大，室温抗拉强度和断后伸长率减小。与长边扫描相比，短边扫描的残余应力略低、Laves 相体积分数变小、室温抗拉强度和断后伸长率明显增大。试验表明短边扫描有利于提高激光沉积修复 GH4169 合金的室温拉伸性能；基体厚度越小，修复体厚度越大，室温拉伸性能降低明显。

温度对激光喷丸强化2024航空铝合金表面力学性能的影响91-97

摘要：在不同温度下对2024-T351航空铝合金进行了激光喷丸（LP），研究了温度对其表面力学性能的影响规律，并结合微观组织分析得出了激光温喷丸（WLP）对2024-T351航空铝合金的强化机理。结果表明，激光喷丸2024-T351航空铝合金的显微硬度随喷丸温度的升高而增大，弥散强化效应使得120 ℃激光温喷丸在2024-T351航空铝合金表面诱导的残余压应力幅值显著高于常温激光喷丸。

镍板熔池正面供气双面保护激光焊接工艺研究98-104

摘要：摘要研究了单面供气双面成形的激光焊接Ni201板工艺，并对焊缝进行了测试与分析。结果表明，焊缝成形良好，改变槽深对焊缝熔宽影响较小，焊缝区为粗大的奥氏体组织。气孔类型检测结果表明，焊缝气孔为氧气孔，随槽深的增大氧气的质量分数呈V型变化。当槽深为3mm时，焊缝氧气质量分数最小，接头强度为377．7MPa，达到母材强度的80％，焊件满足使用要求。

基于三维X射线成像和GTN模型的激光复合焊接7020铝合金的损伤机制105-112

摘要：利用高精度同步辐射X射线三维成像技术，对激光一电弧复合焊缝的气孔率进行测定，并将其作为GTN损伤模型中的初始孔洞体积分数。通过建立含余高与不含余高的复合焊接接头的细观损伤力学有限元模型，得到了拉伸接头主应力和孔洞体积分数的分布。通过对拉伸断口金相组织进行分析，发现了几何和材料的不连续性是导致接头失效的重要原因。

激光辐照纳米石墨转变产物的显微形貌和结晶度113-119

摘要：在氩气的保护下,用具有振镜扫描系统的 500 W 光纤激光器辐照预置在单晶硅基体上的纳米石墨颗粒。探究了激光能量密度与转变产物显微形貌和晶体结构之间的关系。用透射电镜、拉曼光谱、XRD 分析了所获产物的显微形貌和晶体结构。当激光能量密度达到 3.33 kJ/cm2时，转变产物的尺寸与原始颗粒尺寸相比有所增大；当激光能量密度达到 4.17 kJ/cm^2时，转变产物由颗粒状变为了线状；而当激光能量密度达到 8.33 k J/cm^2时，产物由原始的多晶结构转变成了块状的晶体结构。实验结果表明激光能量密度对单晶硅基体上纳米石墨颗粒显微形貌和晶体结构的转变有很大的影响。

氧化铝陶瓷激光选区熔化成形实验120-126

摘要：采用激光选区熔化技术进行了Al2O3粉末和浆料的基础实验研究。实验结果表明，Al2O3粉末成形效果较差，而Al2O3浆料成形效果较好；激光功率对Al2O3浆料试样表面的质量具有重要影响，表面质量随激光功率的增加而不断提高。当激光功率为200W，扫描速度为90mm／s时，Al2O3试样维氏硬度均值约为14．7GPa。