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横向激励多大气压CO激光器

中国激光 2022年

作者：卢越朱子任白进周叶静涵谭荣清郑义军李业军中国科学院大学电子电气与通信工程学院中国科学院空天信息创新研究院中国原子能科学研究院核技术所

典型的可调谐 TE(A) CO激光器输出激光的脉冲宽度为 100-300 ns，并伴有 3-10 μs的脉冲“拖尾”，在 9-11 μm 范围内输出约 100 条分立谱线。针对窄脉冲和连续调谐 CO激光器的应用需求，本文开展了多大气压 CO激光器的研究。采用高压...

典型的可调谐 TE(A) CO激光器输出激光的脉冲宽度为 100-300 ns，并伴有 3-10 μs的脉冲“拖尾”，在 9-11 μm 范围内输出约 100 条分立谱线。针对窄脉冲和连续调谐 CO激光器的应用需求，本文开展了多大气压 CO激光器的研究。采用高压脉冲调制电源，结合高气压脉宽压缩和光栅选线技术，实现连续调谐红外激光输出，脉冲宽度为 30-50 ns。当工作电压为 72 kV，气压为 7 atm 时，输出激光脉冲的能量为 590 mJ，脉宽为 35.7 ns，并在 10R(32)至 10R(26)之间实现连续调谐输出。

关键词：

拉盖尔高斯谢尔模光束在单轴晶体中沿垂直于光轴方向的传输变换特性

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拉盖尔高斯谢尔模光束在单轴晶体中沿垂直于光轴方向的传输变换特...

作者：朱子任苏州大学

学位级别：硕士

过去的几十年里人们在激光传输与控制领域的研究发现,适当降低光的空间相干性在很多实际应用领域具有独特的优越性。拉盖尔高斯关联谢尔模（LGCSM）光束作为一种具有特殊空间关联结构的部分相干光束,比传统的高斯谢尔模光束具有更新奇... 详细信息

过去的几十年里人们在激光传输与控制领域的研究发现,适当降低光的空间相干性在很多实际应用领域具有独特的优越性。拉盖尔高斯关联谢尔模（LGCSM）光束作为一种具有特殊空间关联结构的部分相干光束,比传统的高斯谢尔模光束具有更新奇的特性。在近几年包括LGCSM的实验产生,其在不同传输介质如自由空间,大气湍流等情形下的传输变换特性等均得到了大量的研究。另一方面,晶体作为一种具有各向异性的空间分布的介质得到了广泛的运用。人们基于晶体中光束的传输原理制成如相位波片,偏振器以及光束补偿器等常用器件。此外,晶体的各向异性对光束的传输特性和相干偏振特性有较大影响。因此,对光束在晶体中的传输特性的研究具有重要意义。本文具体研究工作包括:一、将LGCSM光束经过自由空间的传输拓展到单轴晶体中,利用标量衍射的方法,我们推导了其在单轴晶体中传输时的交叉谱密度（CSD）函数,并用数值模拟的方式比较了远场中的光强分布和相干度分布在自由空间与在单轴晶体中传输时的差异。研究发现由于晶体的各向异性导致两个正交方向上的光束传输速度的不同,使得远场中光强呈现椭圆空心分布,相干度呈现某一方向上的多层环状光斑分布。二、借助Wigner分布函数,我们推导了LGCSM光束在晶体中传输的二阶矩、M2因子、光束直径、发散角等的解析表达式。证实远场中的光束属于简单象散光束,其在两个正交方向上的光束直径与晶体双折射率相关的系数成比例。我们的研究成果对在单轴晶体中传输的LGCSM光束的操控提供了新途径,并为其他特殊关联的光束在晶体中的传输特性研究提供了借鉴。

关键词：部分相干拉盖尔高斯关联谢尔模光束单轴晶体

紧凑型双路TEA CO激光器谐振腔热稳定性及补偿

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红外与激光工程 2023年

作者：朱子任白进周付景静苏新军叶静涵刘羽杨银辉黄文武李辉郑义军谭荣清中国科学院空天信息创新研究院中国科学院大学粒子输运与富集技术国家级重点实验室

通过实验和仿真的方法，研究了多点分布的内部热源加热作用对紧凑型双路TEA CO2激光器谐振腔热稳定性的影响。采用直流风扇热交换抑制了高压电源的局部加热效应，通过调整热交换的效率，可在13℃～22℃环境温度范围内，使前后谐振腔镜... 详细信息

通过实验和仿真的方法，研究了多点分布的内部热源加热作用对紧凑型双路TEA CO2激光器谐振腔热稳定性的影响。采用直流风扇热交换抑制了高压电源的局部加热效应，通过调整热交换的效率，可在13℃～22℃环境温度范围内，使前后谐振腔镜受到的局部加热形变作用和环境温度引起的热胀冷缩作用基本抵消。为实现更宽温度范围的谐振腔稳定性，在有效热交换措施的基础上，根据模拟预测的形变规律，提出了谐振腔变形的角度补偿方法。使用传感器获得环境温度与设定初始环境温度的偏差，通过调整伺服电机步数实现对方位角的补偿，补偿值约0.28 step/℃，通过PZT促动器调整悬臂调谐结构末端位移，实现对俯仰角的补偿，补偿值约0.79μm/℃。

关键词： TEA CO2激光器局部加热效应腔体形变角度补偿

高重复频率、窄脉冲声光调Q射频波导CO_(2)激光器

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中国激光 2023年第22期50卷 47-54页

作者：吴名俊谭荣清李辉宁方晋郑义军朱子任白进周中国科学院空天信息创新研究院激光工程技术研究中心北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

为实现高重复频率、窄脉冲激光输出,研制了一台声光调Q射频波导CO_(2)激光器。首先,采用矩形波导耦合损耗理论分析了波导耦合效率与全反镜曲率半径、全反镜到波导口距离的关系,获得了波导耦合损耗较小时的优化参数。其次,研究了工作气... 详细信息

为实现高重复频率、窄脉冲激光输出,研制了一台声光调Q射频波导CO_(2)激光器。首先,采用矩形波导耦合损耗理论分析了波导耦合效率与全反镜曲率半径、全反镜到波导口距离的关系,获得了波导耦合损耗较小时的优化参数。其次,研究了工作气压与激光输出的关系,以及脉冲拖尾长度与Q开关开启时间的关系。当工作气压为6.5 kPa,Q开关开启时间为0.6μs时,获得了无拖尾脉冲波形,并分析了峰值功率、平均功率、脉宽等参数随重复频率的变化规律。设计的激光器可实现重复频率1 Hz~100 kHz可调。当Q开关开启时间为0.6μs、重复频率为1 kHz时,获得的脉冲宽度为108.2 ns,峰值功率为2809.6 W;当重复频率为100 kHz时,脉宽为135.1 ns,峰值功率为257 W。当重复频率为70 kHz时,测得x和y方向上的光束质量因子分别为1.50和1.21。

关键词：激光器波导CO_(2)激光器高重复频率窄脉冲宽度声光调Q

高气压同位素CO_(2)皮秒激光脉冲放大输出特性理论研究

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中国激光 2023年第11期50卷 216-226页

作者：叶静涵朱子任白进周刘羽谭荣清郑义军苏新军中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 粒子输运与富集技术国家级重点实验室天津300180

为了克服高气压CO_(2)激光脉冲放大器增益谱线调制效应、平滑增益谱线包络以及减少次级脉冲输出,笔者以多种CO_(2)同位素混合物为工作介质,建立了超短CO_(2)脉冲放大模型,模拟了不同中心波长的长波皮秒激光脉冲注入不同气压、不同比例CO... 详细信息

为了克服高气压CO_(2)激光脉冲放大器增益谱线调制效应、平滑增益谱线包络以及减少次级脉冲输出,笔者以多种CO_(2)同位素混合物为工作介质,建立了超短CO_(2)脉冲放大模型,模拟了不同中心波长的长波皮秒激光脉冲注入不同气压、不同比例CO_(2)同位素的高气压CO_(2)激光放大器后的增益谱线特性和脉冲输出特性。模拟结果表明:在气压为5 bar、^(13)C和^(18)O原子占比均为50%的条件下,10.591μm附近的增益谱调制度为19.65%,R支较P支增益谱调制度降低了约40%,较好地抑制了次级脉冲输出。在气压为10 bar的条件下,对脉宽为0.3 ps、能量为0.01 J的种子光进行模拟放大,结果显示:在9μm波段,采用^(12)C和^(13)C的6种CO_(2)同位素放大的激光脉宽相比采用^(12)C的3种CO_(2)同位素放大的激光脉宽压缩了28.14%,拖尾能量占比下降了46.37%;在10μm波段,采用^(12)C和^(13)C的6种CO_(2)同位素放大的激光脉宽相比采用^(13)C的3种CO_(2)同位素放大的激光脉宽压缩了23.26%,拖尾能量占比下降了40.06%。

关键词：激光光学 CO_(2)激光放大器 CO_(2)同位素增益谱平滑皮秒脉冲

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RF-CO^(2)激光器射频电源监控平台

红外与激光工程 2021年第S2期50卷 99-105页

作者：唐化江郑义军谭荣清黄文武刘峻曦李辉宁方晋卢越朱子任中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

射频电源是RF-CO^(2)激光器中的一个重要部件。在开发一个新的RF-CO^(2)激光器时,由于激光器负载和射频电源匹配失调,在调试过程中容易造成射频功放功率管击穿、烧损。为解决这一问题,设计了一套集数据采集、自动保护控制和可视化技术... 详细信息

射频电源是RF-CO^(2)激光器中的一个重要部件。在开发一个新的RF-CO^(2)激光器时,由于激光器负载和射频电源匹配失调,在调试过程中容易造成射频功放功率管击穿、烧损。为解决这一问题,设计了一套集数据采集、自动保护控制和可视化技术为一体的RF-CO^(2)激光器射频电源监控平台。平台采用软件和硬件相结合的方式,在射频电源中嵌入控制模块,搭建数据采集系统和自动保护系统,并结合电路设计软件平台完成对射频电源的数据信息采集和保护控制。经过实验测试,平台可以有效避免射频电源功率管的损坏,实现射频电源的自动保护,并完成射频电源系统的数据采集和远程保护控制,缩短了RF-CO^(2)激光器的调试周期,提高了整机的开发效率。

关键词： RF-CO^(2)激光器射频电源电源监控自动保护

紧凑型双路TEA CO_(2)激光器谐振腔热稳定性及补偿

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红外与激光工程 2023年第10期52卷 55-64页

作者：朱子任白进周付景静苏新军叶静涵刘羽杨银辉黄文武李辉郑义军谭荣清中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学北京100049 粒子输运与富集技术全国重点实验室天津300180

通过实验和仿真的方法,研究了多点分布的内部热源加热作用对紧凑型双路TEA CO_(2)激光器谐振腔热稳定性的影响。采用直流风扇热交换抑制了高压电源的局部加热效应,通过调整热交换的效率,可在13~22℃环境温度范围内,使前后谐振腔镜受到... 详细信息

通过实验和仿真的方法,研究了多点分布的内部热源加热作用对紧凑型双路TEA CO_(2)激光器谐振腔热稳定性的影响。采用直流风扇热交换抑制了高压电源的局部加热效应,通过调整热交换的效率,可在13~22℃环境温度范围内,使前后谐振腔镜受到的局部加热形变作用和环境温度引起的热胀冷缩作用基本抵消。为实现更宽温度范围的谐振腔稳定性,在有效热交换措施的基础上,根据模拟预测的形变规律,提出了谐振腔变形的角度补偿方法。使用传感器获得环境温度与设定初始环境温度的偏差,通过调整伺服电机步数实现对方位角的补偿,补偿值约0.28 step/℃,通过PZT促动器调整悬臂调谐结构末端位移,实现对俯仰角的补偿,补偿值约0.79μm/℃。

关键词： TEA CO_(2)激光器局部加热效应腔体形变角度补偿

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横向激励多大气压CO_(2)激光器

中国激光 2022年第23期49卷 46-52页

作者：卢越朱子任白进周叶静涵谭荣清郑义军李业军中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国原子能科学研究院北京102413

典型的可调谐横向激励大气压[TE(A)]CO_(2)激光器输出激光的脉冲宽度为100~300 ns,并伴有3~10μs的脉冲“拖尾”,在9~11μm范围内输出约100条分立谱线。针对窄脉冲和连续调谐CO_(2)激光器的应用需求,开展了多大气压CO_(2)激光器的研究... 详细信息

典型的可调谐横向激励大气压[TE(A)]CO_(2)激光器输出激光的脉冲宽度为100~300 ns,并伴有3~10μs的脉冲“拖尾”,在9~11μm范围内输出约100条分立谱线。针对窄脉冲和连续调谐CO_(2)激光器的应用需求,开展了多大气压CO_(2)激光器的研究。采用高压脉冲调制电源,结合高气压脉宽压缩和光栅选线技术,实现连续调谐红外激光输出,脉冲宽度为30~50 ns。当工作电压为72 kV、气压为7.07×10^(5)Pa时,输出激光脉冲的能量为590 mJ,脉冲宽度为35.7 ns,并在10R(32)至10R(26)谱线之间实现连续调谐输出。

关键词：激光器 CO_(2)激光器多大气压连续调谐脉宽压缩

Generation of tail-free short pulses using high-pressure CO_(2) laser

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Chinese Optics Letters 2022年第5期20卷 14-18页

作者：卢越朱子任白进周苏新军谭荣清叶静涵郑义军 Aerospace Information Research Institute Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Science and Technology on Particle Transport and Separation Laboratory Tianjin 300180China

The spectral linewidth of a transversely excited pulsed CO_(2) laser is broadened at high working pressures.This phenomenon causes a decrease in the upper-level lifetime such that the pulse width is significantly compressed.Although the tail part of CO_(2) laser pulses owns a non-negligible proportion of total energy,it has minor effects during the interaction process between photons and materials due to its low amplitude.Thus,it is of great significance to yield the tail part and generate a narrow pulse in most applications.In this study,a continuously tunable pulsed CO_(2) laser with a low nitrogen proportion in the mixture is developed to generate tail-free short pulses;a minimum pulse width of 30.60 ns with a maximum pulse energy of 481 mJ is synchronously achieved at a pressure of 7 atm,and the estimated peak power is above 15 MW.A numerical simulation is also conducted for comparison with the experimental results.The contribution of the spectral gain toward the compression of the pulse width is discussed in the last section of this paper.

关键词： short pulse continuous tuning pulse compression