高效重频大能量脉冲激光器关键技术研究
发布时间：2021-11-16 03:28
大能量重频脉冲激光器在基础科学、工业加工、国防建设等领域中有重要应用。此类激光器由于是重频运转,相对于单次运行的激光器,对热管理有更高的要求,相对于连续激光器,对自发辐射光放大（ASE）的控制有更高的要求。在满足以上两点主要要求的条件下如何提高激光器的转换效率、实现激光器紧凑化对其适应高要求的应用场景具有重要的意义。本文对高效紧凑的大能量重频脉冲激光器关键技术和物理问题进行研究,重点从激光器的热管理、ASE抑制、激光器光学构型等方面展开理论分析、设计与实验研究,主要研究内容与创新点如下:1.阐述了大能量重频脉冲激光器的研究背景,研究现状。对影响大能量脉冲激光器效率和紧凑性的关键问题作了定性分析,理清了设计此类激光器的技术难点和基本设计思路。2.分别针对不同应用场景的激光器热管理问题进行了设计与研制。针对水冷激活镜放大器的热管理与光束控制问题,采用流道优化、边缘热平衡设计、主动应力等方法,使得放大器在强泵浦下的高频波前畸变和增益介质在多物耦合应力加载下的像散得到有效控制。设计并研制了高速气冷模块和基于正十八烷固液相变的温控模块,掌握了大口径介质透射式气冷的关键技术、相变热管理关键技术,为...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２经冲击强化和疲劳实验后的试件外观??近两年来，国内对冲击强化的研究呈现遍地开花的局势，发表了很多有参考价值的??研宂成果［１Ｗ８］
／＇－４１?２０１７??下面对表中的激光器的具体技术问题和应用场景进行介绍。??美国的ＬＬＮＬ实验室在重频脉冲激光器研宄方面起步最早，在２００６年Ｍｅｒｃｕｒｙ装??置即实现了?６５Ｊ＠１０Ｈｚ的二倍频激光输出。Ｍｅｒｃｕｒｙ装置采用的激光材料为Ｙｂ：?Ｓ－ＦＡＰ??晶体，放大器的冷却方式为常温风冷。Ｍｅｒｃｕｒｙ装置建设的目的是为未来聚变能源装置??做技术积累，建成后该装置采用的大部分技术被后续计划ＬＩＦＥ装置的设计采用｜３５］，该??装置本身作为超短脉冲激光的泵浦源投入使用％１。图１．３是Ｍｅｒｃｕｒｙ装置的现场照片。??誠??矚邐??图１．３?Ｍｅｒｃｕｒｙ装置照片??Ｍｅｒｃｕｒｙ装置用的ＹｋＳ－ＦＡＰ晶体是一种笮轴晶体，生长的尺寸有限，图１．４足品体的??毛坏照片。由ｊ？此种品体尺寸有限，并且单轴品体制作成陶瓷相对各向卜彳性品休史加Ｗ??难，因此这种材料不能满足更大能量单口径输出的需求，研究人员在ＬＩＦＥ的设计屮换了??５??
?高效重频大能量脉冲激光器关键技术研究???激光材料，将Ｙｂ：Ｓ－ＦＡＰ晶体换成了钕玻璃。??￡?—??＜????—＊??￣?１８?ｃｍ??图１．４?Ｙｂ：Ｓ－ＦＡＰ晶体毛坯照片??图１．５是Ｍｅｒｃｕｒｙ的叠片气冷放大器照片，通过设计气流通道，保证气流的流速和均??匀性满足散热和对波前畸变的控制要求。放大器采用七片Ｙｂ：Ｓ－ＦＡＰ晶体，为了将就晶体??的尺寸，光斑呈长方形。研宄人员测试了满功率泵浦下的光束波前畸变，测量结果如图??１．６所示。??图１．５?Ｍｅｒｃｕｒｙ的叠片气冷放大器照片??Ｄａｔａ??＿纖??〇。??■－０．５５??图１．６?Ｍｅｒｃｕｒｙ装置单个放大器的热致波前畸变测量值??为了将Ｍｅｒｃｕｒｙ装置用于ＰＷ激光器的泵浦，研究人员采用ＹＣＯＢ晶体作为倍频器件，??对基频激光进行频率转换，并测试了能量稳定性，测试结果如图１．７所示。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击强化对TC17钛合金模拟叶片疲劳极限的影响[J]. 刘亮,聂祥樊,胡仁高,古远兴,何卫锋. 燃气涡轮试验与研究. 2019(04)
[2]激光冲击强化对7050-T7451铝合金凹槽结构疲劳寿命的影响[J]. 李钢,姚雄华,郭超,陈海波,刘磊,李博. 热加工工艺. 2019(12)
[3]激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面性能的影响[J]. 陈彬,张兴权. 表面技术. 2019(02)
[4]泡沫铜对相变蓄热系统放热性能的影响[J]. 陈华,柳秀丽,刘园园,王之洋. 低温工程. 2019(01)
[5]激光冲击强化对太阳能热发电用渗铝钢显微组织和高温拉伸性能的影响[J]. 李微,许栋梁,左炉,陈荐,李传常,何建军,任延杰,李聪,邱玮,张圣德. 表面技术. 2019(01)
[6]Development of a 100 J, 10 Hz laser for compression experiments at the High Energy Density instrument at the European XFEL[J]. Paul Mason,Saumyabrata Banerjee,Jodie Smith,Thomas Butcher,Jonathan Phillips,Hauke H?ppner,Dominik M?ller,Klaus Ertel,Mariastefania De Vido,Ian Hollingham,ANDrew Norton,Stephanie Tomlinson,Tinesimba Zata,Jorge Suarez Merchan,Chris Hooker,Mike Tyldesley,Toma Toncian,Cristina HernANDez-Gomez,Chris Edwards,John Collier. High Power Laser Science and Engineering. 2018(04)
[7]激光冲击强化对304不锈钢疲劳寿命的影响[J]. 汪军,李民,汪静雪,张兴权,魏伟,戚晓利,王会廷. 中国激光. 2019(01)
[8]翅片管式蓄热器固液相变传热特性的实验研究[J]. 戴俏波,郑毅,张程宾. 建筑热能通风空调. 2017(08)
[9]Laser at 532 nm by intracavity frequency-doubling in BBO[J]. Xiandan Yuan,Jinsong Wang,Yongqi Chen,Yulong Wu,Yunfei Qi,Meijiao Sun,Qi Wang. Journal of Semiconductors. 2017(06)
[10]激光冲击强化铜的表面质量和性能[J]. 王峰,左慧,赵雳,陈美. 激光与光电子学进展. 2017(04)
博士论文
[1]激光聚变能源驱动器概念研究及核心技术探索[D]. 肖凯博.中国工程物理研究院 2016
硕士论文
[1]LD泵浦全固态213nm深紫外激光器的研究[D]. 苏艳丽.山东师范大学 2006
本文编号：3498067
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２经冲击强化和疲劳实验后的试件外观??近两年来，国内对冲击强化的研究呈现遍地开花的局势，发表了很多有参考价值的??研宂成果［１Ｗ８］
／＇－４１?２０１７??下面对表中的激光器的具体技术问题和应用场景进行介绍。??美国的ＬＬＮＬ实验室在重频脉冲激光器研宄方面起步最早，在２００６年Ｍｅｒｃｕｒｙ装??置即实现了?６５Ｊ＠１０Ｈｚ的二倍频激光输出。Ｍｅｒｃｕｒｙ装置采用的激光材料为Ｙｂ：?Ｓ－ＦＡＰ??晶体，放大器的冷却方式为常温风冷。Ｍｅｒｃｕｒｙ装置建设的目的是为未来聚变能源装置??做技术积累，建成后该装置采用的大部分技术被后续计划ＬＩＦＥ装置的设计采用｜３５］，该??装置本身作为超短脉冲激光的泵浦源投入使用％１。图１．３是Ｍｅｒｃｕｒｙ装置的现场照片。??誠??矚邐??图１．３?Ｍｅｒｃｕｒｙ装置照片??Ｍｅｒｃｕｒｙ装置用的ＹｋＳ－ＦＡＰ晶体是一种笮轴晶体，生长的尺寸有限，图１．４足品体的??毛坏照片。由ｊ？此种品体尺寸有限，并且单轴品体制作成陶瓷相对各向卜彳性品休史加Ｗ??难，因此这种材料不能满足更大能量单口径输出的需求，研究人员在ＬＩＦＥ的设计屮换了??５??
?高效重频大能量脉冲激光器关键技术研究???激光材料，将Ｙｂ：Ｓ－ＦＡＰ晶体换成了钕玻璃。??￡?—??＜????—＊??￣?１８?ｃｍ??图１．４?Ｙｂ：Ｓ－ＦＡＰ晶体毛坯照片??图１．５是Ｍｅｒｃｕｒｙ的叠片气冷放大器照片，通过设计气流通道，保证气流的流速和均??匀性满足散热和对波前畸变的控制要求。放大器采用七片Ｙｂ：Ｓ－ＦＡＰ晶体，为了将就晶体??的尺寸，光斑呈长方形。研宄人员测试了满功率泵浦下的光束波前畸变，测量结果如图??１．６所示。??图１．５?Ｍｅｒｃｕｒｙ的叠片气冷放大器照片??Ｄａｔａ??＿纖??〇。??■－０．５５??图１．６?Ｍｅｒｃｕｒｙ装置单个放大器的热致波前畸变测量值??为了将Ｍｅｒｃｕｒｙ装置用于ＰＷ激光器的泵浦，研究人员采用ＹＣＯＢ晶体作为倍频器件，??对基频激光进行频率转换，并测试了能量稳定性，测试结果如图１．７所示。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击强化对TC17钛合金模拟叶片疲劳极限的影响[J]. 刘亮,聂祥樊,胡仁高,古远兴,何卫锋. 燃气涡轮试验与研究. 2019(04)
[2]激光冲击强化对7050-T7451铝合金凹槽结构疲劳寿命的影响[J]. 李钢,姚雄华,郭超,陈海波,刘磊,李博. 热加工工艺. 2019(12)
[3]激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面性能的影响[J]. 陈彬,张兴权. 表面技术. 2019(02)
[4]泡沫铜对相变蓄热系统放热性能的影响[J]. 陈华,柳秀丽,刘园园,王之洋. 低温工程. 2019(01)
[5]激光冲击强化对太阳能热发电用渗铝钢显微组织和高温拉伸性能的影响[J]. 李微,许栋梁,左炉,陈荐,李传常,何建军,任延杰,李聪,邱玮,张圣德. 表面技术. 2019(01)
[6]Development of a 100 J, 10 Hz laser for compression experiments at the High Energy Density instrument at the European XFEL[J]. Paul Mason,Saumyabrata Banerjee,Jodie Smith,Thomas Butcher,Jonathan Phillips,Hauke H?ppner,Dominik M?ller,Klaus Ertel,Mariastefania De Vido,Ian Hollingham,ANDrew Norton,Stephanie Tomlinson,Tinesimba Zata,Jorge Suarez Merchan,Chris Hooker,Mike Tyldesley,Toma Toncian,Cristina HernANDez-Gomez,Chris Edwards,John Collier. High Power Laser Science and Engineering. 2018(04)
[7]激光冲击强化对304不锈钢疲劳寿命的影响[J]. 汪军,李民,汪静雪,张兴权,魏伟,戚晓利,王会廷. 中国激光. 2019(01)
[8]翅片管式蓄热器固液相变传热特性的实验研究[J]. 戴俏波,郑毅,张程宾. 建筑热能通风空调. 2017(08)
[9]Laser at 532 nm by intracavity frequency-doubling in BBO[J]. Xiandan Yuan,Jinsong Wang,Yongqi Chen,Yulong Wu,Yunfei Qi,Meijiao Sun,Qi Wang. Journal of Semiconductors. 2017(06)
[10]激光冲击强化铜的表面质量和性能[J]. 王峰,左慧,赵雳,陈美. 激光与光电子学进展. 2017(04)
博士论文
[1]激光聚变能源驱动器概念研究及核心技术探索[D]. 肖凯博.中国工程物理研究院 2016
硕士论文
[1]LD泵浦全固态213nm深紫外激光器的研究[D]. 苏艳丽.山东师范大学 2006
本文编号：3498067
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