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中国激光 2018年第04期杂志 文档列表

中国激光杂志综述

双光梳光谱技术研究进展1-22

摘要：基于光学频率梳的双光梳光谱技术（DCS）集高分辨率、高灵敏度、宽光谱覆盖和快速测量等优势于一身;近年来,DCS发展迅速,新原理、新方法、新技术和新应用不断涌现,极有必要对其发展现状进行系统梳理,对其未来发展趋势进行客观述评。为了给相关科技人员在把握DCS发展全貌时提供参考,从光梳出发,以异步光学取样原理与噪声特性为主线,对DCS的测量原理、实现方案、性能指标、应用技术、仪器化,以及未来可能的发展趋势进行综合述评与预测。

中国激光杂志激光物理

单段式分布式反馈半导体激光器光学锁相环研究23-28

摘要：单段式分布式反馈（DFB）半导体激光器的频率调制相位响应曲线在0.1~5 MHz之间,且具有180°的相位反转,其作为从激光器的光学锁相环（OPLL）结构难以实现锁相。为解决单段式DFB半导体激光器的锁相问题,在单环反馈回路中加入可调超前移相功能电路和可调增益功能单元,并优化相移参数,实现MHz量级线宽DFB激光器相位的锁定。改进后OPLL在锁相状态下的残余相位噪声为0.012rad2,激光器线宽从2 MHz压窄到10kHz。研究了反馈环路的环路增益对OPLL锁相性能的影响,并给出了最优的环路增益控制参数。

光抽运下1300nm自旋垂直腔面发射激光器输出激光的圆偏振转换及偏振双稳特性29-37

摘要：基于自旋反转模型,数值研究了光抽运下1300nm自旋垂直腔面发射激光器（Spin-VCSEL）输出激光的圆偏振转换（PS）及偏振双稳（PB）特性。研究结果表明：对于一定的抽运光偏振椭圆率PP,抽运光功率能在一定程度上控制激光器输出光的偏振椭圆率Pout,其绝对值随抽运光功率的增加而逐渐增大;对于一定的归一化抽运光功率η,采用正向扫描（逐渐增加）和反向扫描（逐渐减小）PP时,Spin-VCSEL输出的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光之间会发生PS,并可观察到PB现象。对于较小的η,双稳环宽度随η的增加先增加到一个最大值然后减小到0;对于较大的η,双稳环宽度随η的增加总体上呈现出逐渐减小的趋势。激光器的线宽增强因子α和有源区介质的双折射系数γp等内部参数对由PP变化引起的PS和PB均有较大的影响。此外,确定了双稳环宽度在某些激光器关键内部参数和η构成的参数空间中的分布图。

基于915nm半导体激光单端前向抽运的单纤准单模2kW全光纤激光振荡器38-42

摘要：设计了一种基于915nm半导体激光单端抽运的单纤准单模全光纤激光振荡器,其工作波长为1080nm,输出功率可达2.02kW。结合理论和实验,研究了增益光纤长度、受激拉曼散射（SRS）和输出功率之间的关系。通过对增益光纤长度进行优化,在保证大于2kW激光功率的前提下,实现了高SRS抑制比的激光输出,输出激光中SRS功率占比约为0.8%。180min内激光器的功率不稳定度小于±1%,光-光转换效率约为70%。通过合理设计光纤盘绕,有效抑制了光纤中光的高阶模式,在满功率输出时成功地获得了准单模激光（光束质量因子M2≈1.5）,并对该激光器在激光切割中的应用进行了研究。

激光显示光源颜色配比和色温研究43-47

摘要：为了实现对激光投影白平衡的实时控制,根据CIE1931和CIE1964标准色度系统,对激光红绿蓝三基色组成的激光光源进行了颜色配比和色温研究。首先,根据格拉斯曼颜色混合定律,介绍了三基色混合白光色坐标和色温的获得方法。接着,理论计算了红（638nm）、绿（532nm,520nm）、蓝（445nm）激光器在目标色温6500和9300K下的功率配比,分析了实现6500~9300K连续可调对应的功率配比变化;然后,对绿光波长变化对色温和亮度的影响以及功率下降引起的色温变化进行了分析。最后,搭建了激光光源色温测试实验系统,相比按照标准功率配比计算的理论色温值,实验获得的色温结果偏低约15%。

基于调腔技术的棱镜式激光陀螺损耗控制48-55

摘要：棱镜式环形谐振腔反射、折射点多。为了保证陀螺稳定工作,对棱镜各工作面的角度误差、塔差以及调腔提出了严格的要求。将子午面及弧矢面内棱镜的工作面角度误差、球面偏心等作为微扰项,修正光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵。建立棱镜式环形谐振腔光束几何偏折损耗和光路空间非共面损耗的物理模型,利用修正后的传输矩阵分析了角度误差造成光束偏离设计位置的程度。设计了基于棱镜配套筛选、谐振腔损耗控制的调腔方法。实验证明,新调腔方法使环形谐振腔一次合格率由75%提高至90%以上。

光束夹角及空间分布对光克尔开关门成像的影响56-62

摘要：构建光克尔效应时间门物理模型,采用抽运探测实验获得的二硫化碳（CS2）克尔信号曲线作为光开关门响应函数,对光束传输进行时间切片和空间离散,模拟出了光开关门的时空演化规律。研究了在不同的抽运光与探测光夹角和光束空间分布情况下的时间门宽度和光束强度分布。结果表明：对于高斯空间分布的抽运光束和探测光束,随着抽运光束与探测光束夹角增大,时间门变窄,光斑由对称圆变成椭圆形,交叉角越大,椭圆度越大;如果抽运光束和探测光束的空间分布为超高斯分布,随着光束夹角增大,开关门的时间曲线前沿不断变缓,但光斑空间形状基本没有变化,椭圆光斑的椭圆度约为1/3。这些结果为抽运探测和光学弹道成像等实验参数的选取提供了一定的参考依据。

高峰值功率高光束质量光纤-固体混合放大激光系统63-69

摘要：高峰值功率以及高光束质量的激光光源在激光加工等领域具有重要的应用价值。利用重复频率为50kHz、脉宽为3.9ps、平均功率为10.9mW的光纤种子光源,经过两级固体双通放大,最终得到平均功率为27.65W,峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级放大器为端面抽运Nd…YVO_4放大级,第二级放大器为侧面抽运Nd…YAG放大级。通过利用球差补偿理论设计的双通放大结构以及调节放大级中的填充因子,控制最终激光输出的光束质量,得到输出激光的光束质量因子M~2=1.30。

湍流大气中折返路径激光成像探测实验70-76

摘要：采用红光激光器、3M微晶棱镜阵列反光膜和长焦高速CCD（电荷耦合器件）构建的折返路径激光成像探测系统,进行典型天气条件下湍流大气中1km传输路径上的激光光斑回波成像探测实验,并配备激光闪烁仪和大气相干长度仪实时监测湍流参数。对激光光斑图像的强度进行了统计分析,获得了不同位置、不同光斑孔径范围内的闪烁指数和光强起伏的空间相关系数,并尝试拟合得出了光斑中心点理想的点闪烁指数。将依据该闪烁指数推算出的湍流折射率结构常数与实时监测数据进行对比分析,结果表明：利用该方法所得的湍流折射率结构常数与激光闪烁仪实测值在变化趋势上具有良好的一致性,并且折返路径激光成像探测方法容易确保傍轴近似条件,理论上更符合实际。该系统不仅可用于观测受大气湍流影响的完整的远场激光光斑,通过定量化理论建模,还有望发展成为一种单端的大气光学湍流参数成像探测新技术。

高峰值功率窄脉宽宽温Nd：GdVO4激光器77-82

摘要：报道了一种可宽温稳定工作的高峰值功率亚纳秒被动调Q的Nd：GdVO_4激光器。激光振荡级采用平凹腔结构,以尾纤耦合半导体激光器端面抽运Nd：GdVO_4晶体,以Cr~（4＋）：YAG作为可饱和吸收体进行被动调Q。在抽运吸收能量为5.9mJ时,振荡级输出峰值功率为1.5 MW,脉冲宽度为600ps的脉冲激光,单脉冲能量为0.9mJ,光-光转换效率为15.4%,光束发散角为1.2 mrad。采用端面抽运的双程放大结构对振荡级输出激光进行放大,最终得到峰值功率为3.5 MW,单脉冲能量为2.1mJ激光输出。测量了不同温度下的激光能量的变化,结果表明,在20~36℃的温度范围内,激光输出能量的抖动量（均方根）为5%。激光器结构紧凑、功耗低,可作为未来空间激光应用的光源。

结构紧凑的kHz重复频率光纤-固体皮秒激光光源83-89

摘要：优化设计了光纤-固体皮秒激光光源中的窄光谱皮秒脉冲光纤激光振荡器及多级光纤放大器。光纤链路充分抑制了光纤中的放大自发辐射和非线性效应,以使系统工作在低至1kHz重复频率时,仍能保持大于20dB的光谱信噪比及小于0.5nm的光谱带宽。采用三级双通Nd…YVO_4固体放大器对该光纤链路输出的皮秒脉冲进行了放大。当系统重复频率为1,10,100kHz时,分别得到了2.34,4.30,10.30 W的平均功率输出,相应的单脉冲能量分别为2.34,0.43,0.10mJ。在Nd…YVO_4晶体仅为被动散热的条件下,当系统的输出功率不超过7 W时,输出光束的质量因子M2〈1.3、光斑圆度大于90%。

波前畸变对光栅压缩器输出激光脉冲的时空特性影响90-98

摘要：波前畸变会影响平行光栅对压缩器输出脉冲的可压缩性和远场焦斑的质量。结合光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理建立了平行光栅对压缩器理论模型。同时分析了输入脉冲的波前误差、光栅衍射面的形变以及光栅波像差对压缩器输出脉冲远场焦平面时空特性的影响,并采用蒙特卡罗方法数值模拟分析了其误差容许范围。为高功率激光装置中平行光栅对压缩器中进行波前畸变和光栅质量的控制提供了理论参考。

用于光谱控制的棱镜扩束装置精密装调特性分析99-103

摘要：线宽压窄模块是光刻用准分子激光器的重要组成部分。线宽压窄模块中棱镜组及光栅的装配角度直接影响系统输出特性。为了进一步改进准分子激光器线宽压窄模块工程化安装与调试工艺,研究了棱镜扩束器中棱镜角度偏差对系统线宽及能量的影响。通过理论推导及实验验证,分析了单个棱镜角度偏转对准分子激光系统线宽及能量的影响,确定了每个棱镜的装调误差;实验结果与理论分析结果基本符合。根据确定的装调误差优化设计线宽压窄模块的装调方法,对模块的光谱控制工程化具有一定的指导意义。

通信波长下混合表面等离子体纳米激光器的研究104-112

摘要：设计一种包含顶角经过圆角处理的金属脊和特定三角形空气间隙层的混合表面等离子激元波导结构,这种特定三角形结构和其他材料的组合有效提高了纳米激光器的性能。应用有限元法,借助于COMSOL Multiphysics软件分别构建二维平面和三维体积模型,使用模态分析模块对该波导结构的波导特性与激光器特性进行分析。结果表明,当工作波长为1550nm时,所设计波导的光场约束可以达到较好的亚深波长水平,同时保持较大的传输长度。该波导结构可以实现表面等离子体激元模式和纳米线模式之间的超强耦合,耦合强度最高可以达到0.96,传播长度可以达到28047nm。将该结构应用于激光器,通过调整波导设计参数获得了高质量因子、低能量损耗、低阈值极限、超小的有效模式体积。与单一三角形空气间隙结构相比,在相同的参数下,所设计的结构具有更强的光场限制能力和微腔束缚能力。该结构有望应用于片上互连、光子集成电路、光学存储、光信号处理等领域。

间断多次氮气吹扫法提高片状放大器在线洁净度研究113-119

摘要：高功率片状放大器在线运行时氙灯辐照导致片腔内产生大量气溶胶,易引起钕玻璃污染,影响其使用寿命。采用洁净氮气吹扫恢复片腔内的洁净环境是片状放大器在线运行时的主要洁净手段。研究了氮气吹扫过程中片腔内涡流对洁净度的影响,结果显示涡流对气溶胶颗粒的禁锢作用会导致腔内气溶胶颗粒的大量残留,且无法通过延长吹扫时间或调整吹扫流速加以解决。针对这一问题,提出了间断多次氮气吹扫对腔内气溶胶进行循环稀释的在线洁净控制方法,该方法使腔内涡流经历不断破坏和重建过程,涡流场内滞留的气溶胶颗粒含量也得到不断稀释,从而大幅提高片腔洁净度。针对Φ130mm单口径片状放大器进行了对比实验研究。采用间断吹扫法之后,腔内残留气溶胶颗粒为连续吹扫时的1/100,片腔洁净度在15h的观测时间内始终保持在40级以内。该方法普适有效,为避免片状放大器钕玻璃气溶胶污染,增加其在线使用寿命提供了重要参考。

31kW窄线宽线偏振纳秒全光纤激光器120-124

摘要：报道一种高峰值功率、线偏振、窄线宽、纳秒脉冲的全光纤激光器。种子源激光器产生的单频连续激光通过一个电光强度调制器实施调制,为抑制受激布里渊散射（SBS）,脉宽设置为2.8ns,重复频率为1.59 MHz。经两级预放、一级功率放大进行放大,激光最大平均输出功率为139 W,峰值功率为31kW。实验过程中未发现受激拉曼散射（SRS）,功率的提升受限于SBS。在最高功率输出情况下,激光器的光束质量小于1.3。受限于（6＋1）×1保偏合束器,激光器的偏振消光比为14.5dB。

利用单共振光学参量振荡器产生宽调谐高功率连续单频红外激光125-130

摘要：利用自制的高功率连续单频1.06μm激光器抽运基于周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体的单共振光学参量振荡器（SRO）,实验产生了宽调谐高功率连续单频红外激光。通过控制改变PPLN晶体的极化周期和温度,连续单频信号光和闲频光波长分别可从1.45μm调谐到1.79μm和从2.62μm调谐到3.99μm。当抽运功率为15.5 W时,1.52μm信号光和3.53μm闲频光的最大输出功率分别为5.1W和2.1W,光光转换效率达46.5%。当SRO自由运转时,信号光和闲频光在4h内实测的功率波动分别小于±2.77%和±2.79%,同时信号光在4h内实测的频率漂移小于±45 MHz。

中国激光杂志激光制造

激光深熔焊等离子体波动特征光电信号分析131-139

摘要：利用无源电探针检测装置,对A304不锈钢YAG激光焊接过程中的等离子体电信号进行了检测,并且同步触发高速摄像装置,对等离子体的形态进行记录。对等离子体高速摄像图片与电信号进行了时域对比分析,发现电信号电压波动特征与等离子体形态波动特征吻合较好。对一定时间长度内的电信号进行功率谱密度（PSD）分析,发现电信号PSD图中特征峰值对应的频率与等离子体形态波动频率基本一致。结果表明,等离子体的形态波动、电信号的波动特征与小孔的行为具有很强的关联性。这种波动特征受到焊接参数的影响,波动频率随着激光热输入的增大而减小。