激光总体方案.doc

-
. z.
高重频大能量激光泵浦系统总体方案、主要组成、工作流程及工作模式
总体技术方案
根据国内外脉冲激光器的调研结果, 直接获得重频10kHz、纳秒脉冲宽度和几十毫焦单脉冲能量浦系统可分为两种工作模式，脉冲串工作模式和单脉冲工作模式。具体工作模式分析如下：
图1-2 脉冲序列示意图
在脉冲串工作模式下：激光振荡级产生10kHz的激光脉冲，。通过外加方波信号控制普克尔盒2上加载的
-
. z.
Vλ/4的持续时间，当持续时间为1ms时，便可选取10个脉冲构成一个脉冲串，外加方波信号的频率为即为脉冲串重频；然后对选取的脉冲串再进展两级能量放大，便可得到满足指标要求的高重频大能量的激光脉冲序列。图1-2为激光脉冲序列示意图。其中脉冲间隔由振荡级脉冲激光重复频率决定，脉冲个数由普克尔盒上所加Vλ/4的持续时间决定，脉冲串重频由Vλ/4的调制频率决定。
在单脉冲工作模式下：激光振荡级产生10kHz的激光脉冲，控制普克尔盒2上加载Vλ/，即选取1个脉冲，Vλ/4的调制频率在1Hz~20Hz可调。选取的1个脉冲通过两级能量放大，最终实现100Hz~500Hz重频可调，单脉冲能量60mJ1064nm的单脉冲激光输出。
为完成总体技术方案，着重需完成如下三个单元关键技术：1〕高重频激光振荡级技术；2〕激光放大级技术；3〕频率扩展技术。
高重频大能量激光泵浦系统详细设计方案
10kHz高重频脉冲激光器设计
图1-3 激光振荡级示意图
10kHz高重频脉冲激光器构造示意图如图1-3所示。谐振腔采用平平热稳直线腔构造，泵浦源采用激光二级管激光器，激光增益介质选择Nd:YAG晶体，其上能级寿命约230ms，较长的上能级寿命使得Nd:YAG激光晶体具有更强的储能能力，非常适合在调Q重复频率5~10kHz范围内工作，同时Nd:YAG晶体还具有较大的受激发射截面〔×10-19cm2〕、较高的热导率〔~·K〕和成熟的晶体工艺，使得Nd:YAG成为本工程中激光振荡级激光增益介质的首选。Nd:YAG晶体尺寸选为Φ
-
. z.
3mm×40mm，掺杂Nd3+.%。调Q方式采用电光调Q方式，相比声光调Q和被动调Q方式，它具有时序控制准确、关断能力高、脉宽压缩能力强等优点。通过LASCAD软件对谐振腔参量的优化设计，可输出光束质量因子M2≤2的窄脉宽激光输出，调Q重复频率10kHz，单脉冲能量几毫焦。
脉冲选取设计
从目前半导体泵浦固体激光器的研究现状来看，要获得重复频率10kHz，单脉冲能量几十毫焦的脉冲激光输出，是非常困难的，其中最难以克制的就是激光器的散热问题。而高速PLIF诊断技术〔≥1kHz，甚至更高〕，为了能够以很高的时间分辨率〔us量级〕记录燃烧的瞬态过程，提供燃烧的瞬态信息，迫切需要高重频脉冲激光，但分析PLIF工作过程可发现：在整个工作过程中，并不需要10kHz高重频脉冲激光器一直工作，只需要在一段短时间内能够以高重频工作即可，因此，10kHz的高重频脉冲激光器可设计成间歇式工作方式，即产生高重频