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中国激光 2017年第05期杂志 文档列表

中国激光杂志激光物理

光谱调制对放大器脉冲时域特性的影响1-7

摘要：在北京大学200 TW激光系统上，测量了经可编程声光色散滤波器不同程度光谱调制后放大器输出脉冲的频域分布，并设计了一个与脉冲中心波长、光谱宽度等参数相关的光谱调制函数拟合了实验测得的光谱数据。该函数形式简单，适用于不同的激光系统。对实验系统中种子脉冲经光谱调制后从放大器输出的光谱结果进行了数值模拟，对比研究了普通种子脉冲和光谱调制脉冲经放大器增益后时域空间内的物理性质；讨论了光谱调制对系统最终输出脉冲峰值功率的影响。结果表明：光谱调制会导致脉冲旁瓣的产生，降低系统输出脉冲的有效能量和飞秒对比度，系统输出脉冲为平顶光谱时，其有效输出峰值功率最大。

高功率全光纤（2＋1）×1侧面抽运合束器的研制8-12

摘要：基于拉锥-熔合法研制了一种高功率全光纤（2＋1）×1侧面抽运合束器。利用仿真软件建立理论模型，计算了合束器耦合效率，并制备出这种侧面抽运合束器。经测试，该合束器在抽运功率为600W时，两抽运臂的耦合效率分别为98．2％和96．3％，信号光插入损耗约为0．11dB。利用该合束器搭建了千瓦级光纤激光放大器，双向抽运光功率达到1．8kW时，在1080nm处获得的激光输出功率为1．426kW。

用于燃烧驱动DF激光器的紧凑型智能测控系统13-20

摘要：针对现有燃烧驱动氟化氘（DF）化学激光器测控系统体积庞大、接线复杂等诸多不足，在分析化学激光器测控系统基本功能需求和运行特点的基础上，以PIC单片机为硬件核心，研制出一套采用电池组供电、测控指令与数据可无线射频或485总线传输、可由PC终端和安卓手持终端两种上位机控制的嵌入式智能测控系统。该系统具有采集流场参数数据、控制气体燃料供给时序、闭环调控燃料流量等功能。功能板测试实验结果表明，该系统可完全嵌入激光器系统中，具有体积小、接线少、重量轻、扩展性好、抗干扰能力强、数据安全性好等优点，应用前景良好，同时为化学激光器测控系统的紧凑化设计奠定了坚实的基础。

3．4MW峰值功率皮秒光纤激光系统的光谱特性21-28

摘要：提出了基于主振荡功率放大（MOPA）结构的皮秒光纤激光系统。该系统将重复频率为29.87 MHz的半导体可饱和吸收镜被动锁模光纤激光器作为种子源。采用预放系统并结合声光调制器将种子源的重复频率降至574 kHz。MOPA结构基于棒状光子晶体光纤（PCF），利用PCF大模场、高增益的特点直接对脉冲宽度为30 ps的脉冲进行放大，有效抑制了自相位调制效应引起的光谱展宽。研究结果表明，所提系统的5 dB光谱线宽与光脉冲峰值功率成比例，该系统最终输出了近衍射极限、峰值功率为3.4 MW的皮秒脉冲（输出功率为20 W时，光束质量因子M^2=1.01），最高平均输出功率为21.86 W，脉冲宽度为11.1 ps，中心波长为1030.74 nm，5 dB光谱线宽为1.75 nm。

纯化学燃烧驱动的HBr化学激光29-33

摘要：对以D2为燃料、NF3为氧化剂的纯化学燃烧驱动的HBr化学激光进行了研究。抽运反应为H＋Br2 → HBr（v≤6,J）＋Br，氢原子由F＋H2→HF＋H反应提供，氟原子则由D2/NF3混合气体燃烧热解生成，激光提取所需的低温低压和快速流动条件由超音速流动系统完成。对由全反反射镜和部分反射（98%）输出镜组成的稳定腔进行了能量提取，获得了P2（4）、P2（5）、P3（5）和P3（6）的稳定激光输出，最大激光输出功率为14.3 W。

高峰值功率窄脉宽单纵模脉冲激光器的实验研究34-39

摘要：报道了一种基于电光腔倒空技术的全固态Nd∶YVO4单纵模脉冲激光器。通过精确控制磷酸钛氧铷（RTP）普克尔盒的温度，降低了由于普克尔盒中2块RTP晶体对抽运、振荡激光能量的不均匀吸收导致的热退偏，提高了普克尔盒的偏振消光比。通过优化普克尔盒开关驱动源的下降沿时间，解决了下降沿时间过长导致的脉宽展宽及输出功率降低等问题。在抽运占空比为50%、抽运峰值功率为16.9 W、重复频率为200 Hz条件下，实验获得了脉宽为2.85 ns、峰值功率为1 MW的单纵模1.064 μm脉冲激光。50 ms内输出激光的峰值功率稳定性优于±1.8%，连续记录的1300发脉冲的脉冲上升沿时间抖动优于±0.2 ns。

400mm口径N41钕玻璃片的热效应40-45

摘要：对应用于惯性约束聚变（ICF）激光驱动器的新型N41大口径钕玻璃片在高增益条件下的热效应进行了系统研究。实验结果表明，在平均小信号净增益系数达到0.0525 cm^-1的高增益情况下，385 mm×385 mm口径范围内两片双程的热致动态波前畸变的峰-谷值约为0.84λ（λ=1053 nm），处于变形镜校正范围之内；基于目前的冷却方案，剩余波前畸变的恢复时间约为2.5 h，满足系统每4 h发射一次的设计要求；每次发射7 h后，系统内仍存在热气体对流引入的微小畸变；理论预测结果与实验结果一致。该研究为下一代ICF激光驱动器内片状放大器系统的研制提供了实验参考。

突发运行模式下的飞秒碟片再生放大器46-53

摘要：为了获得高重复频率的飞秒激光脉冲，将突发运行模式引入飞秒碟片再生放大系统中。通过将再生放大器的腔长设计为9.3 m,激光系统输出了接近衍射极限的激光脉冲，且激光脉冲的重复频率为电光调制频率的5倍。在电光调制频率为5 kHz、吸收的抽运功率为98 W的条件下，获得了最高输出功率为10.7 W、光谱半峰全宽为1.18 nm、脉冲宽度为777 fs的双曲正割脉冲输出。再生放大器的光-光转换效率随着电光调制频率的增加而增加，从频率为0.5 kHz时的12.4%增加到频率为5 kHz时的25.3%。激光的输出稳定性在18-20 ℃的温度区间内随着水冷温度的降低而提高，激光系统输出功率的均方根从20 ℃时的0.93%变为18 ℃时的0.52%。该研究结果对于设计具有高重复频率、高功率且性能稳定的飞秒激光系统具有参考价值。

采用射频调制实现对单频激光器频率噪声的抑制54-60

摘要：在使用铷原子饱和吸收谱线作为激光频率参考进行稳频的激光稳频系统中，环路带宽是影响激光输出频率噪声的重要因素之一。对激光稳频系统中限制环路带宽的主要因素进行分析，使用射频调制信号直接调制商用外腔半导体激光器的高速电流调制端来对激光稳频系统的环路带宽进行拓展。根据对稳频环路的分析，合理设置反馈电路，实现激光稳频。使用低频谱分析仪对稳频后的鉴频信号进行分析，发现带宽拓展后，在傅里叶频率为5 kHz处对频率噪声的抑制度达到了20 dB以上。通过将该稳频激光器输出的激光与锁定在极稳恒温晶振上的飞秒光学频率梳进行拍频，测量了该稳频激光相对光梳的频率噪声，测量结果与直接分析鉴频信号的结果吻合。经过测量，通过拓展带宽抑制频率噪声,稳频激光器的短期频率稳定度得到改善。最后，测量了稳频激光相对于锁定在恒温晶振上的飞秒光学频率梳的频率稳定度，Allan方差在平均时间1 s时达到4.52×10-12，在平均时间20 s时达到1.65×10^-12。

单端反馈互耦合垂直腔面发射激光器混沌输出的时延特征和带宽分析61-67

摘要：针对无反馈互耦合垂直腔面发射激光器（VCSELs）系统的混沌输出不能同时实现时延特征隐藏和带宽展宽的问题，通过对无反馈互耦合VCSELs系统中的一个激光器增加外反馈，数值分析了单端反馈互耦合VCSELs混沌输出的时延特征和带宽。结果表明，反馈强度、频率失谐和互耦合强度影响单端反馈互耦合VCSELs混沌输出的时延特征和带宽。有反馈端激光器不能同时实现时延特征隐藏和带宽展宽，无反馈端激光器可以在合适的互耦合强度和频率失谐参数区间内同时实现时延特征隐藏和带宽展宽。改变反馈强度不影响无反馈端激光器实现时延特征隐藏质量和带宽，但会影响无反馈端激光器同时实现时延特征隐藏和带宽展宽的频率失谐区域位置，且增大反馈强度时频率失谐区域位置整体向负失谐区域移动。

基于偏置相移非线性环路反射镜的锁模振荡放大飞秒脉冲激光器68-72

摘要：设计了一种基于偏置相移非线性环路反射镜的全保偏锁模光纤激光器。搭建了全保偏锁模振荡器系统，该系统通过二级掺镱光纤放大获得了平均功率为2.4 W、重复频率为20.3 MHz、脉冲宽度为142 fs的脉冲序列输出。由于振荡器采用全保偏光纤结构，锁模具有良好的抗环境稳定性。

中国激光杂志激光制造

激光熔覆曲面零件再制造的机器人路径规划73-82

摘要：根据激光熔覆工艺特性,针对曲面零件提出了一种路径规划方法，采用三维扫描仪获取熔覆曲面点云数据,应用点云切片法得到熔覆路径上的点集。利用等弓高得到稀疏化轨迹点集，运用非均匀有理B样条（NURBS）曲面拟合得到加工点的法矢量,并按该方向偏置一定距离得到枪头运动轨迹点。通过熔覆实验并对实验样件作定量分析，发现曲面上的熔覆层质量良好，从而验证了该方法的可靠性和实用性，该研究为其他曲面零件的熔覆再制造修复提供了一定的参考。

不锈钢薄板非熔透激光搭接焊热源模型83-90

摘要：基于不锈钢薄板非熔透CO2激光搭接焊和光纤激光搭接焊获得的实际焊缝形状，采用表面高斯＋柱状体复合热源模型，得到热源比例系数分别为0.85和0.70。对其余4个热源描述参数，包括高斯热源半径和深度、柱状热源半径和深度进行正确设置，就可以获得不同焊接功率和焊接速度下，搭接焊缝形状表征参量（表面缝宽、中间熔宽和熔深）的变化规律。模拟结果与试验结果符合很好。

奥氏体不锈钢光纤激光同轴保护焊接的实时监测91-98

摘要：采用光纤激光同轴保护焊接奥氏体不锈钢，利用激光焊接监测系统同步采集焊接过程中的光信号数据，并结合羽辉的形貌研究不同焊接条件对焊缝成形及光信号强度的影响规律。研究结果表明,光信号强度随着激光功率的增加逐渐增大。当离焦量从-6 mm变化到6 mm时，光信号强度先减小后增大。光信号变化可反映焊缝熔深的变化，可用于检测搭接间隙和焊缝位置变化引起的焊缝缺陷。通过P信号数据可判断焊接质量异常区的准确位置，焊接过程中光信号的强度同羽辉体积正相关。

Ti／FTO复合薄膜的激光辐照处理及其光电性能研究99-106

摘要：采用532 nm波长的纳秒脉冲激光对由直流磁控溅射法制备的Ti/FTO复合薄膜表面进行了辐照处理，研究了激光能量密度对薄膜的表面形貌、晶体结构、光学性能和电学性能的影响。结果表明,采用适当能量密度的激光对薄膜进行激光辐照处理，一方面可对薄膜表面起到退火作用，促进薄膜晶粒生长、消除部分晶体缺陷，另一方面还可促使Ti层氧化成TiO2层，最终使薄膜的综合光电性能得到提升。

侧吹气体对奥氏体不锈钢激光焊缝组织和耐腐蚀性能的影响107-114

摘要：为了研究光纤激光焊接奥氏体不锈钢过程中侧吹气体对焊缝组织和耐腐蚀性能的影响，建立了一种侧吹气体和金属蒸气的流体模型，分析了不同侧吹气体及其流量对金属蒸气温度场和速度矢量场的影响，提出了一种通过侧吹气体增加焊缝金属中氮元素含量的方法。试验结果表明，在不影响焊缝成形的前提下，该方法有效提高了上层焊缝金属中氮元素的含量，抑制了焊缝金属中铁素体的含量，增强了奥氏体不锈钢激光焊焊缝的耐点蚀性能。

中国激光杂志材料与薄膜

均光消色散光束整形薄膜器件的研究115-122

摘要：基于亥姆霍兹-基尔霍夫衍射积分定理，从理论上推导出消色散均光薄膜微结构参量、入射光参数和透射光参数之间的关系。基于此，分析了微结构参量对透射光振幅分布和散射角度的影响。光束通过消色散均光薄膜时，散射光斑具有光强分布均匀、消色散、散射角度可控和散射光型可控等优点。实验制作出结构最大深度为5 μm，散射角为8°×7.5°的薄膜样品，散射角的理论计算值与实际测量值误差在±0.5°以内。此薄膜器件适用于照明体系、液晶显示器背光显示、投影系统等。

中国激光杂志测量与计量

旋转卫星激光测距数据分析与处理123-132

摘要：为解决传统的旋转卫星激光测距数据频谱分析方法运算量大、耗时长的问题，提出一种基于快速Lomb-Scargle算法的卫星激光测距数据处理方法。首先用经验模式分解方法来自适应地去除O-C残差中代表卫星轨道运动的低频趋势项；然后采用快速Lomb-Scargle算法对预处理后的数据进行频谱分析，得到相对应的周期图，进而分析卫星的自转速率。采用该方法处理了奥地利Graz站千赫兹测距系统测量得到的Ajisai卫星的数据，分析得出2010年5月Ajisai卫星自转的速率约为0.472 Hz。并对4圈激光测距资料进行处理，结果表明，该方法可以将频谱分析运算量降低两个数量级，节省大量处理时间，为快速高效地处理大量的旋转卫星激光测量数据提供了新思路。