掺钕玻璃波导激光器的特性研究
杨青丽;张晓霞
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2007(028)010
【摘要】给出了掺钕磷酸盐激光玻璃的光谱特性、能级结构、速率方程和传输方程.研究了掺钕磷酸盐玻璃光波导激光器的输出特性.在忽略放大的自发辐射和激发态吸收的基础上,简化了四能级模型的速率-传输方程.而后利用重叠积分法和龙格-库塔法对掺钕磷酸盐玻璃光波导激光器进行了数值模拟,得到了激光器的输出功率与掺杂浓度、传输损耗和长度等参量之间的关系曲线.理论分析的结果表明,用重掺杂、损耗系数较小、长度合适的波导并优化激光器的制作,就可以获得较高的输出功率和斜率效率,此时的泵浦阈值也较低.
【总页数】5页(30-34)
【关键词】掺钕;波导激光器;速率-传输方程;输出特性
【作者】杨青丽;张晓霞
【作者单位】电子科技大学光电信息学院,四川成都,610054;电子科技大学光电信息学院,四川成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
【相关文献】
1.共掺Er3+:Yb3+磷酸盐玻璃光波导激光器的发展[J], 宋新祥; 张晓霞; 董梅峰; 江冰
2.掺铒磷酸盐波导激光器输出的特性研究 [J], 杨青丽; 张晓霞
GDPH-270激光放大器使用说明 一、调整放大器设定值 放大器是检测PVC两板之间泡沿距离大小的一种传感器。如果设置不好，放大器将找不到两版之间的最大值，会导致冲裁初始化失败，也会导致冲裁步进的不准确，从而影响照相检测功能。一般情况下，只需要调整放大器设定值就可以满足要求，调整放大器设定值的方法如下。 设定放大器的数值可以通过手动把PVC片子慢慢的通过冲裁导板的检测区域观察放大器的数值变化，记住放大器数值的最大值，然后用最大值减去200-400就是我们需要设定的数值，然后把这个数值输入到放大器中就可以了。把数值输入到放大器的方法是：直接按住放大器的左右键入下图1-25所示。 图1-25 放大器设置 图中区域1为黄色数值是需要设置的数值，就是需要人为输入进去的数值。 区域2红色数字是所检测到的实际数值，区域3是放大器的左右键，即手动按钮，直接按下即可增大或减小设定数值。 一般情况下只需要调整设定值就可以满足现场要求，如果工艺改变，实际检测精度达不到要求，可以更改放大器的灵敏度，可以对放大器进行复位和初始化等操作，详细方法见本说明第二章。 二、激光传感器设置 -1-
第一章第7步介绍了调整放大器设定值的方法，如果实际检测精度达不到要求，可以更改放大器的灵敏度，2.1节为调整灵敏度方法。2.2节为初始化放大器的方法，如果需要复位，可参照2.3节的步骤。如果需要重设默认值，可以对放大器初始化。2.4节为激光传感器感测头安装要求。 2.1灵敏度设置 放大器灵敏度共分5档，下面再简单介绍一下如何设置放大器灵敏度。 第一步：按住“MODE”键3秒钟以上，如下图所示： 图2-1 灵敏度调整 第二步：按方向键，将出现几种模式，默认为“”模式，可根据所需灵敏度来选择不同的模式。例如，如果要求灵敏度较高，可选择“hsp”模式。 第三步：按“MODE ”键，显示“”，再按“MODE”键，显示“”，再按“MODE”键，出现数字，这样就完成了放大器的灵敏 -2-
激光器的分类 自从上世纪60年代以来，激光器已经发展出了众多类型，主要包括不同的工作介质、不同的脉宽，因此我们按照激光器的工作介质和输出脉冲两个思路对目前主要的激光器进行分类，并且介绍相关的激光术语。 按激光工作介质，激光器可以分为固体激光器、气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、染料激光器和自由电子激光器。 固体激光器(晶体，玻璃)：在基质材料中掺入激活离子而制成，都是采用光泵浦的方式激励。 1）钕玻璃激光器：在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质， 输出波长：λ=1.053μm 2）红宝石激光器： 输出波长：λ=694.3nm， 输出线宽：?λ=0.01～0.1nm 工作方式：连续，脉冲 3）掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)：YAG晶体内掺进稀土元素钕，
输出波长：λ=1064nm,914nm,1319nm 工作方式：连续，高重复率脉冲 连续波可调谐钛蓝宝石激光器： 输出波长：λ=675～1100nm 气体激光器：在单色性/光束稳定性方面比固体/半导体/液体激光器优越，频率稳定性好，是很好的相干光源，可实现最大功率连续输出，结构简单，造价低，转换效率高。谱线丰富，多达数千种(160nm--4mm)。 工作方式：连续运转(大多数) 1）氦-氖激光器： 常用的为λ=632.8nm 根据选择的工作条件激光器可以输出近红外，红光，黄光，绿光 (λ=3.39μm,1.15μm) 2）CO2激光器：λ=10.6μm 3）氩离子气体激光器：λ=488nm,514.5nm 4）氦-镉激光器：波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝光 5）铜蒸汽激光器：波长510.5nm的绿光和578.2nm的黄光 6）氮分子激光器：紫外光，常见波长：337.1nm，357.7nm 半导体激光器：由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的激光器；体积最小，重量最轻，使用寿命长，有效使用时间超过10万小时。工作物质包括GaAS(砷化镓)，InAS(砷化铟)，Insb(锑化铟)，CdS(硫化镉)。 输出波长范围：紫外，可见，红外 DFB半导体激光器，
文章编号:100123806(2003)0120001203新型高功率固体激光阵列式片状放大器3 王成程 於海武 周 海 刘 勇 郑万国 (中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳,621900) 摘要:4×2阵列式片状放大器系统是我国正在建造的大型激光驱动器装置的核心组成部分,将直接确定整个装置的能量转换效率和总体结构。放大器系统采用模块化方案设计可以有效提高装置的可维护性,减少运行维护时间,提高运行效率和装置的性价比。报道了一台通光口径为29cm ×29cm 的新型氙灯泵浦钕玻璃激光阵列式片状放大器模块的研制情况,介绍了放大器系统的结构组成,并给出了有关设计参数。 关键词:阵列式片状放大器;氙灯泵浦;磷酸盐激光玻璃 中图分类号:TN24811+2 文献标识码:A A ne w high pow er solid 2state laser multi 2segment 2amplif ier W ang Chengcheng ,Y u Haiw u ,Zhou Hai ,L i u Yong ,Zheng W anguo (Research Center of Laser Fusion ,CAEP ,Mianyang ,621900) Abstract :The 4×2multi 2segment 2amplifier system is the hardcore of the high power solid 2state laser driver which has been built in China ,the energy conversion efficiency and structure of the laser facility have been decided by it.It is availability to adopt the project of module design to improve the maintainability and reduce the maintenance standby time ,it also improves the running efficiency and the ratio between performance and price.In this paper ,the development progress of a new high power solid 2state laser multi 2segment 2amplifier with 29cm 2square each aperture has been reported.The structure and characters of the multi 2segment 2amplifier are introduced here. K ey w ords :multi 2segment 2amplifier ;flash 2lamped pumping ;phosphate laser glass 3国家八六三计划惯性约束聚变领域重点资助项目。 作者简介:王成程,男,1974年3月出生。助研。主要从事高功率固体激光放大器技术研究。 收稿日期:2002203215;收到修改稿日期:2002205208 引 言 在高功率固体激光驱动器30多年的发展历程 中,激光驱动器技术得到了飞速的发展。世界许多国家的著名实验室如美国利弗莫尔实验室、法国里梅尔实验室、日本大阪大学激光工程中心等成功研制了各种规模和水平的高功率激光装置。美国利弗莫尔实验室从70年代开始建造大型高功率固体激光系统,在高功率激光装置的研究方面一直处于世界领先地位,先后建造了Janus (1974年),Argus (1976年),Shiva (1977年),Novette (1983年),Nova (1984年)等固体激光系统。其中,片状放大器是整个驱动器的核心部分,对系统的总体性能有着重要影响,其性能的好坏直接影响装置的输出能量和功率。为了对放大器的物理问题进行深入的研究,美 国利弗莫尔实验室先后建造了SSA ,MSA 21,MSA 22等放大器单元器件,1994年为了全面考核、验证用于国家点火装置(N IF )的关键技术和元器件,又建立了Beamlet 激光装置[1],该系统采用了以阵列式片状放大器(MSA )为主体的多程放大结构,实验证明,这种结构可以有效地提高整个系统的能量转换效率和装置的性能价格比[2,3]。 片状放大器系统是我国正在建造的新一代激光驱动器中最重要的组成部分,将直接决定整个装置的能量转换效率、总体结构布局、运行稳定性、可靠性和造价。为此,以系统总体需求为牵引,笔者已深入开展了片状激光放大器的研制,利用24cm 方口径的3片长单口径片状放大器(SSA ),已经成功开展了新一代激光装置主放大器的原理性研究,并获得了一系列重要的实验结果[4～9],由于SSA 的泵浦腔腔传输效率较低,导致整个系统的储能效率偏低,并且其安装性能和维护性能不能满足新一代大型激光装置高集成度、高性能价格比的需求,因此,开展了4×2×3新型阵列式片状放大器单元的研制工作。通过多口径组合和全模块化设计,使系统具有 第27卷 第1期 2003年2月 激 光 技 术 LASER TECHNOLO GY Vol.27,No.1February ,2003
对几类放大器的认识 在DWDM系统中，特别是超远距离的传输中，由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）,拉曼放大器（FRA），半导体激光放大器（SOA），光纤参量放大器（OPA）。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。 1）掺铒光纤放大器（EDFA） EDFA（Erbiur Doped Fiber Amplifer）是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA 工作波长为1550nm，与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFA的核心原件，它以石英光纤作基质材料，并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Er3+）。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级，由于Er3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量，所以只能发生1550nm光的受激辐射，也只能放大1550nm的光信号。 EDFA的组成： 工作原理图： 那么，EDFA的输出公路车是如何控制的呢？ 一般来说,EDFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。 在EDFA使用的过程中，一般要控制好EDFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益
有什么区别呢？ 平坦的输出增益会使EDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。 如何控制增益？增益的控制室有2种选择的，一种是掺金属元素，另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。 有上图可以知道，掺铝的金属元素的EDFA在增益的控制上明显要比不掺铝的EDFA平坦的多。 需要注意的是：EDFA在放大信号的同时也放大了噪声，而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射，是主要的噪声源，也是系统OSNR劣化的主要原因。 放大器产生的自发辐射噪声功率为：PASE = -58 + NF + G （dBm） 其中NF为光放大器噪声系数（dB）、G为光放大器的增益（dB）
多段式钕玻璃板条激光放大器小信号增益系数和储能效率的实验研究3 冯国英 吕百达 叶一东 蔡邦维(四川大学激光物理与激光化学研究所,成都610064) 淳于咏梅 隋 展 张小民(中物院核物理与化学研究所,成都610003) 摘 要 用阈值法和行波放大法对我们自行设计、加工的新型多段式钕玻璃板条激光放大器的小信号增益系数和储能效率作了测量,结果表明,放大器储能效率可达3184%,比常 规放大器更高;此外,还具有向高功率、高光束质量发展的潜在优点。 关键词 多段式板条激光放大器 储能效率 阈值测量 行波放大 ABSTRACT By m easuring th resho ld and using traveling w ave amp lificati on,the s m all signal gain coefficien t and sto rage effeciency of a novel m ulti2slab N d:glass laser amp lifier de2 signed and fabricated by us have been deter m ined experi m en tally.It has been show n that a sto rage efficiency of3.84%has been ach ieved in the use of th is amp lifier,w h ich is h igher than that of the conven ti onal amp lifier.Further mo re,the m ulti2slab laser amp lifier has the po ten tial advan tage of p roviding the h igh pow er and good beam quality. KE Y WOR D S m ulti2slab laser amp lifier,sto rage efficiency,m easuring the th resh2 o ld,traveling w ave amp lificati on. 0 引 言 采用“之”字形光路的板条状工作物质较易得到好的泵浦均匀性和热分布,为获得好的光束质量打下了基础。钕玻璃板条可做到表面积较大,有更好的散热性和热负载能力,适合作大功率器件。研制效率高、增益均匀性好、热畸变小的钕玻璃放大器是很有价值的课题。美国劳仑兹—利弗莫尔国家实验室(LLNL)已研制成了输出能量22J、脉冲宽度12n s、重复频率为3H z的钕玻璃板条再生放大器[1];俄罗斯瓦维洛夫光学所也采用堆迭的钕玻璃板条制成了重复频率为2H z、输出能量达100J的放大器组件[2]。目前,国内尚未见多段式钕玻璃板条放大器的研究报告。我们自行设计、加工了多段式钕玻璃板条放大器,并用阈值法和行波放大法测量了小信号增益系数和储能效率,还与“星光 ”激光装置上使用同种材料的棒状放大器的有关实验结果作了比较。 1 实验装置 111 多段式板条激光放大器结构 我们的多段式板条激光放大器模型采用有创新特色的光炉式结构,如图1所示。三根1996年5月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S M ay,1996 3中国工程物理研究院科学技术基金和国家高技术惯性约束聚变领域资助项目。 1995年6月15日收到原稿,1995年11月30日收到修改稿
[9] D.Poleman,R.L.Van Meirhaeghe,B.A.Vermeersch,J. Phys.D:A ppl.Phys.,30(1997),465. [10]X.Ouyang,A.H.K itai,T.Xiao,J.A ppl.Phys.,79 (1996),3229. [11]S.Tanaka et al.,Proc.Soc.Inf.Display,29(1988), 305. [12]J.Mita et al.,SID’91Digest,(1991),290. [13]YUN-Hi Lee et al.,I EEE Transaction on Elect ron De2 vices,44(1997),39.[14] E.S oininen et al.,Proc.of the7th International Work2 shop on Electroluminescence,Beijing,China,(1994),97. [15] B.Huttl,K.O.Velthaus,U.Troppenz,J.Cryst.Grow th, 159(1996),943. [16]T.A.Oberacker,H.W.Schock,J.Cryst.Grow th,159 (1996),935. [17]T.E.Peterand,J.A.Baglio,J.Elect rchem.Soc.,119 (1972),230. [18]Chunxiang Xu et al.,Thin Solid Fil m,306(1997),160. 3 国家高技术863-416主题资助项目 1998-05-11收到初稿,1998-09-07修回 高功率钕玻璃激光放大器优化设计的研究现状与展望3 张 华 范滇元 (中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800) 摘 要 系统地分析了高功率钕玻璃激光放大器及其优化设计的研究现况和进一步发展的方向,简要报道了在钕玻璃放大器优化设计方面所取得的主要成果. 关键词 惯性约束核聚变,钕玻璃放大器,优化设计 OPTIMIZATION OF THE DESIGN OF HIGH POWER Nd∶G LASS LASER AMPL IFIERS Zhang Hua Fan Dianyuan (S hanghai Instit ute of Optics and Fine Mechanics,The Chinese Academy of Sciences,S hanghai 201800) Abstract The development of high power solid state lasers and the optimized design of Nd∶glass amplifiers are described.Our own successes in the optimized design of Nd∶glass amplifiers are reported. K ey w ords inertial confinement fusion,Nd∶glass amplifier,optimized design 1 引言 惯性约束核聚变(ICF)激光驱动器的发展在很大程度上代表了目前高功率固体激光技术发展的最高成就.在ICF开展以来的20多年内,世界各国不断提出新的发展计划,探索新的技术途径,使ICF激光驱动器的研究蓬勃发展,现在已经建成了输出能量达100kJ的高功率激光装置.在高功率固体激光的发展过程中又不断开拓新的物理领域,如X射线激光、强场物理等,取得了一系列令人瞩目的成就. 惯性约束核聚变的研究和发展对激光驱动器的要求越来越高,主要表现在两方面:首先是规模巨大,因而要尽可能降低造价;其次是精密程度日益提高,要求激光系统具有高度的稳定性、可重复性和多路光束性能的一致性,从而对激光系统的设计提出了十分严格的要求,每一种类型的器件都需要进行最佳化设计. 本文将从高功率钕玻璃激光器及其优化设计的发展现况、我们在钕玻璃放大器优化设计方面所取得的主要成果和钕玻璃固体激光器进
激光玻璃现状及发展前景 Xxxxx 摘要：1960年第一台激光器问世，次年就出现了激光玻璃。它具有良好性能和广泛用途。 关键词：激光玻璃；硅酸盐激光玻璃；磷酸盐玻璃；高功率激光装置； 正文： 前言：激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料,由基质玻璃和激活离子两部分组成。它广泛应用于各类型固体激光光器中,并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。 激光玻璃与其它工作物质相比，有一些独特的优点：易制备，容易获得高度透明、光学均匀、大尺寸的激光棒或圆盘；利用热成型及冷加工工艺，可制成不同形状，以适应激光器需要。本文就激光玻璃的种类、机理、制备方法及应用予以简单介绍。 主要内容：现在的激光玻璃主要有硅酸盐激光玻璃、磷酸盐激光玻璃、氟磷酸盐和氟化物激光玻璃、硅磷酸盐激光玻璃、高钕浓度激光玻璃等若干种，我们主要介绍一下硅酸盐激光玻璃和磷酸盐、氟化物激光玻璃以及高钕浓度激光玻璃这三种。 硅酸盐激光玻璃最早的激光玻璃都属于这类，如我国N03、N10，美国的NS0835，日本的LCG13，英国的LN6等。这些玻璃大致成分（mol%）基本为：SiO260—75，Na2O30—15，K2O0—5，CaO+BaO10—15，Al2O30—3。它们的主要优点是熔制工艺成熟、光学质量好、物化性能稳定、激光效率高。 磷酸盐激光玻璃六十年代初在广泛探索基质玻璃系统时，在磷酸盐玻璃中产生了激光，但由于磷酸盐玻璃物化性能性能较差，不易制备，当时没有深入研究。到了七十年代，随着激光核聚变技术的发展，具有受激发截面大、非线性折射率低、热光系数小等优点的磷酸盐玻璃显示了其独特的优点，被选为激光核聚变装置的激光玻璃。日本、美国和我国先后定型了适合于不同要求的磷酸盐激光玻璃。但与此同时，此类玻璃的缺点是化学稳定性差、玻璃表面易潮解。 高钕浓度激光玻璃为了满足微型固体激光器发展的需要，研制了玻璃态的高钕浓度激光玻璃材料（如NdP5O14、LiNdP4O12、KNdP4O12等），并在小型脉冲激光器中得到了应用。 激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理性质和化学性质主要由基质玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激活离子决定。 激光玻璃中由于基质玻璃与激活离子彼此间互相作用，所以激活离子对激光玻璃的物理化学性质有一定的影响，而基质玻璃对它的光谱性质的影响有时还是相当重要的。作为激光玻璃的基质玻璃，大多采用光学玻璃，然而并不是任何一种光学玻璃接入任何一种激活离子都适合作激光玻璃。 制备方法： 硅酸盐：目前制备激光玻璃主要采用熔体冷却成型方法，包括以铂金坩埚、陶瓷坩埚为熔器的间隙式熔体冷却成形方法及铂金池炉为熔器的连续熔融，进行高温加热形成均匀无气泡并符合成型要求的玻璃。 氟磷酸盐：氟磷酸盐的化学组成以氟化物为主，再加入一定量的磷酸盐。氟化物玻璃有氟化铍玻璃、氟锆酸盐玻璃和氟铝酸盐玻璃等。这类玻璃一般用铂坩埚熔制，因易析晶和组分在熔制过程中亦挥发，引起化学成分不均匀，产生条纹，熔制工艺较困难，需采用特殊的工艺制备。目前，这类玻璃的抗激光破坏能力还不够强，破坏阀值大约只有硅酸盐玻璃的一半左右 应用： 激光玻璃具有光学质量高、体积大、发射谱线宽、抗激光破坏能力强、易加工、价格便宜等优点，作为固体激光器材料可获得高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的激光输出。从而，在工业、农业、自然科学和军事方面得到了广泛的应用。 激光玻璃用于高功率激光装置：
光的色散特性的研究 光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面（如平面镜、三棱镜等的光学面）时，就要发生反射和折射，光线将改变传播的方向，在入射光与反射光或者折射光之间就有一定的夹角。反射定律、折射定律等正是这些角度之间的关系的定量表述。一些光学量，如折射率、光波波长等也可通过测量有关角度来确定。因而精确测量角度，在光学实验中显得尤为重要。 分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种光学仪器，可用它来测量折射率、光波波长、色散率等。分光计的基本部件和调节原理与其它更复杂的光学仪器（如摄谱仪、单色仪等）有许多相似之处，学习和使用分光计也为今后使用精密光学仪器打下良好基础。分光计装置较精密，结构较复杂，调节要求也较高，这对初学者来说，往往会感到困难些。但只要在实验过程中注意观察现象，了解分光计的基本结构和测量光路，严格按调节要求和步骤耐心进行调节，就一定能够达到较好的要求。 本实验是在实验3－14用衍射光栅测量光的波长实验基础上的一个实验项目，有关分光计的结构、使用方法和调节步骤请认真阅读实验3－14中的相关内容。 【预习提示】 1．复习实验3－14中分光计的调节方法和步骤，明确分光计的调节要求。 2．用三棱镜调节分光计时，三棱镜应按什么位置放在载物台上？这样放的好处何在？3．如何判断偏向角减小的方向？如何寻找最小偏向角位置？跟踪谱线时能否将载物台（游标盘）与望远镜同时旋转？ 【实验目的】 1．在实验3－14的基础上，进一步熟练掌握分光计的调节和使用方法。 2．掌握用最小偏向角法测定三棱镜对各色光的折射率。 3．观察色散现象，测绘三棱镜的色散曲线，求出色散曲线的经验公式。 【实验原理】 本实验中应该首先搞清楚以下几个概念： ⑴视差：所谓视差是指当两个物体停止不动时，改变观察者的位置，一个物体相对于另一物体有明显移动的现象。在光学仪器的调节中，当人的眼睛从一侧移到另一侧时，像相对于分划板的十字叉丝有明显的移动，即出现视差，说明像与十字叉丝不在同一平面。如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的左边，说明这时的像是在眼睛与十字叉丝之间；如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的右边，说明这时像是在十字叉丝之前。反之，如果眼睛左右移动时，像与十字叉丝之间没有相对移动，像与十字叉丝就在同一平面，说明聚焦已经调好。因此，光学实验中常根据视差现象来判断像与物是否共面。 ⑵平行光：当点光源正好处在凸透镜焦平面上时，由点光源发出的光经过凸透镜后，将形成一束平行光。 ⑶自准法：当光点（物）处在凸透镜的焦平面上时，它发出的光线通过透镜后将形成一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将落在光点相对于光轴的对称位置上。 1．用最小偏向角法测量三棱镜的折射率 当光线从一种介质进入另一种介质时，即发生折射，其相对折射率由入射角的正弦和折射角正弦之比确定。由于仪器不能进入棱镜之中观测折射光，故只好让光线经过棱镜的两个界面回到空气中来，再来测量某一单色光经过两次折射后产生的总偏向角。
高功率激光放大器中的光传输理论X 吕百达 张 彬 (四川大学激光物理与化学研究所,成都,610064) 摘要:总结了对高功率激光在放大器中传输研究工作的某些新进展。从F -N 方程出发,使用 序列脉冲模型以及薄片损耗和增益模型,对高功率激光通过单程和多程放大器问题作了详细研 究,这特别适用于损耗较大情况,并可进一步推广,借助于逐次逼近迭代法处理放大器的逆问题。 关键词:序列脉冲模型 薄片损耗和增益模型 放大器的逆问题 Theory of the high -power laser propagation through amplifiers L Baida,Zhang Bin (Institute of Laser Physics and Chemistr y,Sichuan U niversity ,Chengdu,610064) Abstract:T his paper summarized some recent advances in the propagation of high -power lasers passing throug h amplifiers.Starting from Frantz -N odvik equetion,using pulse -sequence and slab -loss and g ain models,high -power lasers propag ating throug h scingle -and mult-i pass amplifiers have been studied in detail,w hich is suitable,in particular ,for the can of nelativ ely large losses,and can be ext ended to dealing w ith the inverse problem of amplifiers by means of the succersive iferation computing method. Key words:pulse -sequence mo del slab -loss and gain mo del inverse problem of amplifiers 一、引 言 高功率激光在放大系统中的传输是强激光光束变换的一个重要研究对象。实际工作中,通常在一个激光振荡器中输出激光要达到高功率、高光束质量的各种技术指标是很难的。于是,采用将难点分解的方法,在主振荡器输出一个衍射极限、低功率(能量)的种籽光,用放大器(一级或多级)提高光束亮度,将种籽光放大到所需功率(能量),同时保证所要求的光束质量。主振荡器-功率放大(MOPA)系统的典型例是惯性约束聚变(ICF)钕玻璃固体激光驱动器。 激光放大器的主要技术指标有:(1)效率。它等于激励效率和提取效率之积;(2)放大倍率。即放大器输出激光功率(能量)与输入值的比;(3)光束质量。可按实际要求而定,例如输出光束远场发散角(M 2因子,或可聚焦能量),激光脉冲通过放大器后时间和空间波形的变化等。 激光放大器有多种分类法。按激光脉宽与放大介质横向和纵向弛豫时间大小分为连续波、脉冲和超短脉冲放大器。按放大器各级相对排布分为串接和并接放大器。按激光在放大介质中通过的次数分为单程和多程放大器。按光束注入方式分为远场和近场注入式放大器。按光束在放大器中传输时与光轴关系分为共轴和离轴放大器。按光束输出方式分为被动(无开关)和主动(有开关)放大器等等。值得提到的是美国利弗莫尔实验室在Novatt 级装置中使X 本文主要内容在国家高技术强辐射重点实验室学术会上报告。 第21卷 第5期 1997年10月激 光 技 术LASER T ECH NOLOGY Vol.21,No.5October,1997
钕玻璃激光器项目 立项申请书 一、项目发展背景 从国际看，和平与发展的时代主题没有变，世界多极化、经济全 球化、文化多样化、社会信息化深入发展。新一轮科技革命和产业变 革蓄势待发，能源格局变化有利于缓解供给约束。全球治理体系深刻 变革，国际贸易投资规则体系加快重构。世界经济在深度调整中曲折 复苏、增长乏力，主要经济体走势分化。地缘政治关系复杂变化，传 统安全威胁和非传统安全威胁交织，外部环境不稳定不确定因素增多。 从国内看，经济长期向好基本面没有变，发展前景依然广阔。经 济发展进入新常态，四化同步发展，发展速度变化、结构优化、动力 转换特征愈加明显。全面深化改革、全面依法治国释放制度新红利， 将进一步激发市场活力。创新驱动战略加快实施，“中国制造2025”、“互联网+”等全面启动，新经济不断涌现。“一带一路”、京津冀协 同发展、长江经济带等战略深入实施，长三角竞合格局呈现新特征。 更加重视绿色发展、共享发展，社会治理格局发生积极变化。同时， 经济社会发展中不平衡、不协调、不可持续问题依然.突出，传统增长
动力减弱，结构矛盾比较突出，保持经济平稳健康发展和社会和谐稳 定面临不少困难挑战。 从宁波看，“一带一路”、长江经济带和自贸区战略实施，为我 市打造港口经济圈、推动国际化发展、建设“一带一路”战略支点提 供了历史新机遇。市场化改革、创新驱动战略、“中国制造2025”等 深入推进，为我市产业结构调整、激发民营经济活力提供了强劲新动力。新型城市化深入推进，为构建宁波都市区、提升品质魅力提供了 巨大新空间。同时，制约宁波未来发展的问题和矛盾依然较多：一是 转型发展新动力不足，实体经济发展困难，迫切需要通过创新重构发 展动力，通过参与国家开放大战略增创引领优势；二是体制机制束缚 比较明显，政府和市场、社会关系尚未完全理顺，迫切需要加快改革，转变政府职能，优化营商环境；三是资源环境制约加剧，长期积累的 生态环境矛盾集中显现，资源要素节约高效利用的倒逼机制尚未形成；四是民生改善任务艰巨，教育、医疗、社保、公共安全等公共服务供 给存在短板，人口老龄化愈发严峻。 二、项目建设单位 xxx有限公司 三、项目咨询单位
第５４卷第５期２００５年５月１０００．３２９０／２００５／５４（０５）／２１０２—０４物理学报 ＡＣＴＡＰＨＹＳＩＣＡＳＩＮＩＣＡ Ｖ０１．５４，Ｎｏ．５，Ｍａｙ，２００５ ⑥２００５Ｃｈｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ． 光子晶体耦合腔波导的色散特性＊ 冯立娟’江海涛李宏强张冶文陈鸿 （同济大学波耳固体物理研究所，上海２０００９２） （２００４年７月１３１３收到；２００４年９月２９Ｅｌ收到修改稿） 理论研究表明，在基于光子晶体的耦合腔波导中，杂质带的色散性质取决于相邻缺陷间局域电磁场的特性，而非缺陷间距离的大小。在第一布里渊区中出现的杂质带的反常色散实际上是能带折叠的结果．通过计算结构的有效折射率，证实了杂质带色散是正常色散． 关键词：光子晶体，反常色散，耦合腔，杂质带 ＰＡＣＣ：４２７０Ｑ，７８２０Ｐ １．引言 光子晶体由于具有调控光子流的独特性质，一经提出就得到了广泛的关注¨叫。．由于电磁波在光子晶体（周期性排列的介电结构）中的多重散射干涉作用，光子晶体将存在光子带隙．类似掺杂半导体中的缺陷态，通过掺杂同样可在光子带隙中引入杂质态并形成光子微腔．近年来，一种由光子晶体中周期（或非周期）分布的光子微腔形成的耦合腔波导引起了人们的极大兴趣¨－８Ｊ．人们发现在完整光子晶体中周期性地引入缺陷，光子带隙中将出现杂质带．这是由于局域在不同缺陷处的电磁波之间相互耦合（类似固体物理中电子能带的紧束缚机理），导致杂质能级分裂并展宽为杂质带．可以通过控制缺陷的大小和相邻缺陷间的距离来调节杂质带的位置和大小． 由于频率处于杂质带的电磁波的传播是通过缺陷间的耦合来实现的，因而耦合腔波导具有许多传统波导所没有的优点．首先，耦合腔波导允许传输线路的大角度转折，例如无损耗的ｚ字形传播。９。．其次，通过调整缺陷的大小和相邻缺陷间的距离可以得到相对平（色散很小）的杂质带．这就为设计小型化，高保真的脉冲滤波器及延迟线提供了一个机理¨０｜．另外，杂质带带边巨大的群速度色散可被利用来设计导波系统中的色散补偿器＂。．最后，利用杂质带中电磁场局域在缺陷处的特性，从原理上设计出高效的多通道光学开关¨１’１２０． 目前，耦合腔波导中杂质带的色散特性问题引起了人们的关注＂’８１．有人甚至得到了群速度为负的反常色散．在文献［７］中，研究了一个二维圆柱体阵列中在某个特定方向上周期性引入缺陷后结构的色散特性．作者假设完整光子晶体的晶格常数为ｎ，引入缺陷后的相邻缺陷之间的距离为Ｒ，分别研究了Ｒ＝２ａ，３０，４ａ，５Ⅱ时的杂质带的色散关系曲线（频率随布洛赫相位的关系）．计算结果表明色散曲线的走向与尺有关：尺是。的偶数倍（Ｒ＝２ａ，４ａ）时得到了斜率为负（群速度为负）的反常色散；而Ｒ是。的奇数倍（Ｒ＝３ｎ，５日）时，得到斜率为正（群速度为正）的正常色散．本文通过分析说明，在第一布里渊区中出现的杂质带反常色散实际上只是能带折叠的结果．杂质带的色散性质取决于相邻缺陷间局域电磁场的特性，而不是缺陷间距离的大小．最后，本文通过计算结构的有效折射率，证实了杂质带的色散是正常色散． ２．杂质带的色散特性 由于频率处于杂质带的电磁波被局域在缺陷位置，而相邻缺陷之间的耦合仅仅发生在一些特殊的 ’国家重点基础研究专项经费（批准号：２００１ＣＢ６１０４）、国家自然科学基金（批准号：５０２７７０２６）、上海市科委、中国航天科技集团专项基金资助的课题． ＋Ｅ－ｍａｉｌ：ａｉｆｌｊ＠１６３．ｔｏｍ
光纤传输中的色散理论 2011.2.14 摘要：随着光纤通信系统中信号速率的提高和传输距离的增加，光纤的色散、非线性效应，以及二者之间的相互作用成为限制系统性能的重要因素。目前，在光纤通信、色散补偿以及非线性光学等实际应用中，色散特性显得十分重要。本文首先简单介绍了光纤通信的发展，重点讲述了光纤传输过程中的色散特性。接着我们从麦克斯韦方程组出发,建立了光脉冲在光纤中传播的理论模型。在只考虑色散效应的情况下,对该理论模型进行进一步的研究,数值模拟出高斯光脉冲在光纤中的传输状态,并讨论了色散对光脉冲传播特性的影响。最后分别研究了光纤传输系统的几种色散补偿技术。 关键词：光脉冲，色散，麦克斯韦方程组，色散补偿 Dispersion in Fiber Transmission ABSTRACT：Fiber dispersion ,fiber nonlinearity and their interaction become the essential limiting factors of fiber communication systems with theincreasing of bit rate and transmission distance. At present, dispersion characteristics are very important for realistic applications of optical fiber communications, dispersion compensation and nonlinear optics. The article introduces development of fiber communication ，and undertakes a detailed study of dispersion in fiber transmission. then we proceed from Maxwell’s equations to built a theoretic model that describes the propagation of optical pulse in fiber. A further discussion about this theoretic model is proposed in the case of only considering dispersion. The transmission state of Gauss optical pulse in fiber was simulated numerically ,and the influence of dispersion on transmission characteristics of optical pulse is discussed. Finally,the fundamental principle of dispersion compensation are given. Key words:optical pulse , dispersion, Maxwell’s equations ,dispersion compensation
o C Z b a C Z 波导特性阻抗的新概念 1 引言 阻抗是电路理论的基本概念。特性阻抗是传输线理论与微波电路理论的基本概念。波导特性阻抗是波导这种电磁能量传输系统的基本而又实用的概念。波导特性阻抗的主要应用是计算截面尺寸变化产生的反射，由此可以对波导生产工艺提出合理的公差要求。许多国家都有波导标准，并有国际性的波导标准（IEC 标准）。 波导标准中工艺公差的规定是以特性阻抗理论为依据的。特性阻抗的具体应用还有设计波导过渡、设计波导滤波器、计算截面变化型标准负载反射值等。 由谢昆诺夫引入[1]并载入大量书籍(例如[2~5])而被长期应用的矩形波导特性阻抗（部分书籍又称等效阻抗，以下简称旧特性阻抗）是个不正确的概念。它从三十年代末产生到此文前，一直陷于物理意义的费解和逻辑上 的混乱。用此概念计算反射与实验不符，更是其致命伤。国际上多次出现 对旧特性阻抗的异议[6~9] ，但一则未指明旧特性阻抗的弊病，二则所提出的唯象阻抗本身也不完整，遂未能变革这个概念。 本文分析了旧特性阻抗的弊病，提出关于定义波导特性阻抗的法则， 建立了矩形波导与远程圆波导特性阻抗的新概念，并联系到实际应用的问题。 2 矩形波导旧特性阻抗的问题 矩形波导旧特性阻抗是类比于双线、同轴线引入的，用了总电流的概念，并随意选取电 压电流值。所得结果为 其中，a 为矩形波导宽边长，b 为窄边长，Z o 为波阻抗，C 为某一常数，随定义方式而不同：由宽边中间电压与电流定义时，C =π/2；由功率与宽边中间电压定义时，C = 2；由功率与电流定义时， C =π/8。 这样定义的特性阻抗，有下列问题： (1) 定义量选取的随意性 由电压与电流定义特性阻抗时，电压V 取宽边中间电压值或空间均方根值。这种选取是人为的。用集总参数的量代表分布参数的量，还有多种乃至无数种选取方式。定义量选取的
2010-12-14 首都师范大学物理系王卫宁 1 第5章典型激光器 1 按工作物质分： 固体、液体、气体、半导体、光纤、自由电子…… 2 按输出激光波长的不同分： 远红外、红外、可见光、紫外、x 射线等 3 按激光器的泵浦方式不同分： 光泵浦、电泵浦、化学反应等 4 按运转方式不同分 连续、脉冲、重复脉冲、模式可调 5 按输出激光的脉冲时间宽度不同分 长脉冲、短脉冲、超短脉冲（皮秒、飞秒、阿秒） 本课程按工作物质的分类方式讲解 2010-12-14首都师范大学物理系王卫宁 2 常见激光器及其特性 类型名称 工作物质 波长(μm )激励方式特征 气体激光器 原子He-Ne He-Ne 0.6328气体放电广泛分子 CO 2CO 210.6气体放电高功率输出N 2N 20.3371气体放电无谐振腔离子 Ar + Ar +0.4880气体放电常用作泵浦源He-Cd Cd 3+0.4416气体放电固体红宝石 Cr 3+-Al 2O 30.6943光泵浦应用广泛，可得到高功率输出 Nd 3+－YAG Nd 3+－YAG 1.06光泵浦钕玻璃Nd 3+ 1.06光泵浦液体染料染料0.32激光泵浦波长可调半导体 GaAs/ GaAlAs GaAs 0.85电流注入短波长通信InP/InGaAsP InP 1.30 电流注入 长波长通信 2010-12-14 首都师范大学物理系王卫宁 3 5.1 固体激光器 ?固体激光器最早实现激光输出. 目前，激光输出能量高达105焦耳，最高峰值功率达1013瓦，中小型激光器技术的发展已相当成熟。 ?光泵激励:气体放电灯激励，半导体激光器激励 ?常用固体激光器：红宝石激光器、掺钕钇铝石榴 石激光器、钕玻璃激光器、光纤激光器、钛宝石激光器 ?工作物质：以绝缘晶体或玻璃作为基质，掺入少量的过渡金属离子或稀土作为激活介质; 参与受激辐射的离子密度一般为1025-1026m -3，激光上能级的寿命10-4-10-3s 2010-12-14 首都师范大学物理系王卫宁 4 5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质1.基本结构: 工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统 图5-1 固体激光器的基本结构示意图
波导管传输特性的测量 [实验目的] 1．了解微波测试系统中各种有关微波常用设备的结构、原理和使用方法。 2．掌握微波频率、功率及驻波比等基本参量测量的方法 [仪器和用具] 微波传输带，小信号功率计，信号源,选频放大器等。 [实验原理] 1．微波及其特点。 微波是波长很短的电磁波，它的波长处在1米至0.1毫米之间，对应的频率在300MHz到3000GHz之间。通常，微波又分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波叫个波段。从电磁波谱图可以看出，频率低于300MHz的电磁波就是—般所指的无线电波(包括：超短波、短波、中波和长波)，频率高于3000GHz的电磁波是指：红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线等。微波较长波长部分与无线电波相接近，微波的较短波长部分则逐步向光学的方向过渡。 微波的应用包括作为信息载体和微波能应用两个方面。微波的传统应用足雷达和通信，这是微波作为信息载体的应用。微波能的工农业应用包括微波的强功率应用和弱功率应用方面。强功率应用是微波加热；弱功率应用是用于各种电量和非电黾(包括长度、湿度、度、速度等)的测量。 不论是无线电波、微波还是光波、宇宙射线都是电磁波，但由于波长的不同格，各具有其独到的特点，用途也大不相同。 微波的主要特点如下： 微波的波长短，微波的波长比起地球上一般物体的几何尺寸要小得多，或在同—数量级。一般地说，．电磁波波长越短，其传播特性就越接近于几何光学。因此，当用微波照射物体时，它将会产生显著的反射；、波长越短方向性、分辨能力就越高。这就能够制成定向性极高的微波天线系统，用于接收微弱的微波信号，确定物体的方向、距离等特性。 微波的波长短，相应的振荡周期也就很小，约10-9到10-12秒。这个数量级的时间和普通电子管中电子自阴极到板极的飞行时间(10-9秒)在同一数量级或更短，因此，普通的栅控电子器件就无法在微波段中得到使用，代之原理上完全不同的微波电真空器件。采用电子束与微波场相互交换能量方式来进行的。 波长短，趋肤效应严重，辐射损耗随着波长的减短而越来越严重，因此在低频时所使用如元件，如电阻、电容、电感及其所组成的部件在微波段就不能适用，必须采用“分布参微量”元件。 微波的量子特征，根据量子特性，电磁辐射能量是不连续的，即E＝hf，h 是普朗克常数、f为辐射频率。f低量子特征不显著，微波的f较高，相应的能量子大约是10-5~一10-2电子伏特之间，这正好可以用来研究顺磁及铁磁材料。 研究微波特点，首先要建立起场的概念。 在微波系统中，“电压”、“电流”的概念已失去了确切的含义。必须从三维空间场的理论着手，应用麦克斯韦方程组，去求在—定的边界条件F，一定介质填充系统的电场方程解。