激光器输出功率与能量.ppt

《激光器输出功率与能量.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光器输出功率与能量.ppt（40页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、激光器输出功率与能量,美国海军成功试射海上激光炮击毁目标船只,美国诺斯洛普-格鲁曼公司与美国海军共同研发“海洋激光示范者”(MLD)海上激光炮。 2011年04月12日07:40来源：中国新闻网, 视频资料：美国激光武器试验,据香港文汇报11日报道，美国海军月初在海上试射激光炮，成功击毁一艘目标小船，专家称这是美国海军发展新一代海上激光武器的重要里程碑。预计激光炮最快2014年6月完成研发。激光炮名为“海洋激光示范者”(MLD)，由美国国防工业公司诺斯洛普。格鲁曼与海军共同研发。激光炮使用固体激光器技术，通过类似水晶的固体作为激光介质，将15千瓦(kW)的能量聚集，用于攻击目标。美国海军本月6

2、日在圣尼古拉斯岛附近的太平洋海域试射，自卫试验舰“福斯特”号利用一台安装在甲板上的激光炮，向移动中的无人驾驶目标小船发射。小船“中炮”起火焚烧，其后被火焰吞噬。,视频截图：被美海军激光炮击毁的无人快艇,MLD开发人员指出，MLD和其它激光武器除了可以攻击海上目标，还可以打击飞机或岸上目标。去年7月，美国海军便在同一试射地点首次试射舰载激光炮，在2英里外击中4架时速300英里的无人机。MLD甚至可以攻击巡航导弹，但所需能量将达数百千瓦。,在密集阵基础上发展的”百人队长“激光器，但美国海军激光武器计划繁多，尚未清楚此次海上击毁快艇试验的激光器源于哪个项目。,每秒射穿6米钢材料除了MLD等固体电子激

3、光器，美国军方同时研发以自由电子激光器(FEL)技术作为激光武器。FEL不需任何激光介质，就能产生千瓦级能量。美军2月曾测试FEL激光炮，成功利用50万伏特电压制造电子束，每秒能射穿20呎(约6米)的钢材料。分析认为，FEL比MLD更灵活，但海军预计最快要到本世纪20年代才能正式推出以兆瓦(MW)为单位的FEL武器。此外，海军也正在研发电磁道道炮，但要到2025年才能推出。,内容提要,连续或长脉冲激光器的输出功率 短脉冲激光器的输出功率 驰豫振荡效应 LD的基本知识 不同的泵浦方式,（一）激光器稳态工作的建立,如果腔内某一振荡模式的频率为q，开始时，由于, 腔内光强Iq逐渐增加，同时由于饱,和

4、效应，g(q,Iq) 将随Iq的增加而减少，但只要g(q,Iq) 仍比gt大，这一过程就将继续下去，即Iq 继续增加， g(q,Iq) 不断减小，直到,增益和损耗达到平衡， Iq不再,增加。这时，激光器建立了稳定工作状态。,当g0()gt时，dNl/dt0，腔内光强不断增加。无限增加?,当外界激发作用增强时，小信号增益系数g0()增大，此时Iq必须增大到一个更大的值才能使g(q,Iq) 降低到gt并建立起稳定工作状态，因此激光器的输出功率增加。 稳态工作时的大信号增益系数总是等于gt 。 结论：在一定的激发速率下，即当g0()一定时，激光器的输出功率保持恒定；当外界激发增强时，输出功率随之上升

5、，但在一个新的水平上保持恒定。,（二）连续或长脉冲激光器的输出功率,1、均匀加宽单模激光器 ?腔内平均光强Iq 在驻波型激光器中，腔内存在着沿腔轴方向传播的光I+和反方向传播的光I-，二者同时参与饱和作用 如果T1，稳态工作时增益系数也很小，近似认为I+=I-，腔内平均光强Iq=2 I+。 稳态情况下，,求得腔内平均光强为,?输出功率 设激光束的有效截面面积为A，则激光器的输出功率为,1）在T1时， ，a为往返指数净损耗因子，通常a1。上式改写为,问题：损耗增加，泵浦阈值和输出功率如何变化？,2）光泵激光器 Pp及Ppt分别为工作物质吸收的泵浦功率及阈值吸收泵浦功率，S为工作物质横截面面积,s

6、称为斜率效率,结论：一旦激光器确定了，斜率效率就确定了；输出功率随泵浦功率线性增加。,问题：输出功率与泵浦功率、损耗、工作物质长度有什么样的关系？,耦合系数：0=T0/2,3）最佳透射率及功率 输出功率和反射镜的透射率T有关。当T增大时，一方面提高了透射光的比例，有利于提高输出功率，同时又使阈值增加，从而导致腔内光强的下降。,在透射率T1时，令dP/dT=0，求出最佳透过率Tm,最佳输出功率,（三）短脉冲激光器的输出能量,Ep及Ept分别为工作物质吸收的泵浦能量及阈值泵浦能量，s称为斜率效率,腔内光能部分变为无用损耗，部分经输出反射镜输出到腔外。设谐振腔由一面全反射镜和一面透射率为T的输出反射

7、镜组成，则输出能量为,小结：,均匀加宽单模激光器输出功率：,T1,输出最佳透过率,光泵情况：,非均匀加宽单模激光器输出功率：兰姆凹陷,短脉冲激光器的输出能量：,一般固体脉冲激光器所输出的并不是一个平滑的光脉冲，而是宽度只有微秒数量级的短脉冲序列，即所谓的“尖峰”序列。激励越强，短脉冲之间的时间间隔越小。这种现象称作弛豫振荡效应或尖峰振荡效应。,四 弛豫振荡(relaxation oscillation),1、概念,腔内光子数密度及反转集居数密度随时间的变化,1 2 3 4,在脉冲泵浦源的作用下，反转集居数密度和腔内光子数密度处于剧烈的变化之中。当 ，开始产生激光，受激辐射将使腔内光子数急剧增加

8、并达到极值。与此同时又消耗了大量高能级粒子，致使 ，由于腔内增益小于损耗，光子数减少而形成一个尖峰。这种过程在脉冲泵浦持续作用时间内反复出现，构成一个尖峰脉冲序列。泵浦功率越大，尖峰形成越快，尖峰的时间间隔越小。,2、定性物理解释,激光二极管,一、概述 二、基本结构 三、二极管线阵和阵列条 五、光谱特性,一、概述,光谱窄，与工作物质吸收带匹配可提高效率，减轻热效应 结构紧凑 寿命长，连续10E4h，脉冲10E9次 波长 630680nm AlGaInP 770990nm GaAlAs 9001000nm InGaAs 模块化 价格高,基本结构,三、二极管线阵和阵列条线阵,阵列条,面阵封装,光纤耦合半导体激光器,此LD阵列上有10个bar条，每个bar条长10mm。bar条间距1.6mm。10个bar条共宽16mm。慢轴（10mm）方向的发散角为10，快轴发散角40，,光谱与重复频率、电流关系,二极管激光泵浦耦合技术,一、泵浦方式 1、端面泵浦 2、侧面泵浦 3、基于内反射的泵浦构型 二、耦合光学系统,一、泵浦方式1端面泵浦,2侧面泵浦,3基于内反射的泵浦构型,二、耦合光学系统,直接侧面泵浦,使用柱透镜耦合的侧泵浦,透镜管道端面泵浦,Thanks very much!,