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高峰值功率2μm全光纤皮秒激光体外碎石研究
1
作者 曹思远 招赫 +4 位作者 夏童 宋伟华 张倩 王秀红 王璞 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第1期108-119,共12页
钬固体激光器因其高效、安全和适用性广泛,成为肾结石手术中最常用的激光器之一,然而钬激光在碎石手术中还存在碎石不充分、热效应大等问题。2μm超快掺铥光纤激光器以其覆盖水吸收峰的发射波长、高效的转化效率、良好的光束质量以及结... 钬固体激光器因其高效、安全和适用性广泛,成为肾结石手术中最常用的激光器之一,然而钬激光在碎石手术中还存在碎石不充分、热效应大等问题。2μm超快掺铥光纤激光器以其覆盖水吸收峰的发射波长、高效的转化效率、良好的光束质量以及结构稳定等特点,有望在激光碎石领域解决以上问题。并且由于其高峰值功率、低脉冲能量的性质,有望在提高碎石效率的同时,降低周围软组织的热损伤。以线形腔SESAM锁模光纤激光器作为种子源,采用MOPA结构放大的方式实现了波长1 962 nm,脉宽~50 ps,峰值功率大于20 kW的高峰值功率皮秒脉冲激光输出,并进行了体外碎石研究。研究结果表明:在固定光斑直径下,当激光功率提高2.4倍时,结石质量损失最大可提升12.9倍;在固定激光功率下,当光斑直径减小2倍时,碎石质量损失最大可提升1.8倍。其中,在光斑直径200μm,激光功率12 W时,获得了最大的结石质量损失为(75.2±9.1) mg。2μm皮秒激光碎石的主要机理为光热效应,其中光热烧蚀和液体微爆两种作用同时存在。 展开更多
关键词 掺铥光纤激光器 皮秒激光器 激光碎石 激光碎石机制
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激光切削异质结构骨组织的微观断裂行为及切面特性
2
作者 张犁天 张梦男 季凌飞 《光电工程》 北大核心 2025年第7期70-80,共11页
骨组织是一种结构复杂的异质材料,传统手术刀切削过程中极易产生较大裂纹并传播至骨内层,影响疗效。采用脉冲激光对骨组织进行切削,并建立与骨单元方向相关的异质结构激光切削模型,与骨单元垂直、平行和交叉切削方向上的应力强度因子分... 骨组织是一种结构复杂的异质材料,传统手术刀切削过程中极易产生较大裂纹并传播至骨内层,影响疗效。采用脉冲激光对骨组织进行切削,并建立与骨单元方向相关的异质结构激光切削模型,与骨单元垂直、平行和交叉切削方向上的应力强度因子分别为2.70、2.03和1.94 MPa·m^(0.5),切面粗糙度分别为10.14、7.12和6.98μm。当切削方向垂直于骨单元时,切面应力强度因子、粗糙度与其余两方向相比均较大。当切削方向平行和交叉于骨单元时,切面应力强度因子、粗糙度数值大小以及裂纹拓展规律相似。激光切削仅具有垂直于骨单元与平行于骨单元两个特征方向,且与骨单元垂直、平行与交叉方向上的激光切面粗糙度均低于机械切面,表明激光切削更利于术后愈合。 展开更多
关键词 医用光学 激光切削 生物骨材料 裂纹扩展 断面形貌
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高峰值功率GMN飞秒光纤激光器研究进展(特邀)
3
作者 夏童 招赫 +3 位作者 朱书缘 张鹏磊 曹思远 王璞 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1-18,共18页
高峰值功率飞秒光纤激光器在高精度工业制造、生物医学、国防、航空航天等领域有着广泛的应用。目前,产生高峰值功率飞秒光纤激光的主要方法是啁啾脉冲放大技术和非线性脉冲放大技术,然而前者虽然能够产生单脉冲能量大于1 mJ的飞秒脉冲... 高峰值功率飞秒光纤激光器在高精度工业制造、生物医学、国防、航空航天等领域有着广泛的应用。目前,产生高峰值功率飞秒光纤激光的主要方法是啁啾脉冲放大技术和非线性脉冲放大技术,然而前者虽然能够产生单脉冲能量大于1 mJ的飞秒脉冲,但受限于增益窄化效应,产生的脉冲持续时间通常大于200 fs。后者虽然能够产生持续时间~50 fs的脉冲,但整体设计比较复杂,限制了其应用范围。随着国内外相关工作的长期积累以及激光器件等硬件能力的提升,科研人员提出了一种基于增益管理非线性(Gain-Managed Nonlinear,GMN)放大的方案,这项技术能够以简单的系统设计产生持续时间小于50 fs的脉冲,还能保证紧凑的系统结构。综述了增益管理非线性放大技术的理论研究进展,总结了国内外不同设计结构的增益管理非线性放大系统研究进展,最后对增益管理非线性放大系统的应用进行了展开分析,展望了其在未来的发展方向。进一步分析了泵浦波长、泵浦方式对增益管理非线性放大的影响,提出了一种全光纤一体化的增益管理非线性放大系统,并利用该系统进行了超连续谱产生的应用研究。 展开更多
关键词 飞秒脉冲 高峰值功率 增益管理非线性放大 高紧凑性 高稳定性
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基于LCP径向偏振光输出的掺镱MOPA脉冲光纤激光器 被引量：8
4
作者 贾文增 刘学胜 +2 位作者 司汉英 杨松 王智勇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期997-1004,共8页
为实现光纤激光器径向偏振光的高效输出,提出并搭建了基于液晶聚合物(LCP)的纳秒脉冲掺镱(Yb)主振荡器功率放大(MOPA)系统。该系统采用空间相位转换法,利用LCP涡旋半波片将全光纤MOPA激光器输出的高峰值功率、窄线宽、线偏振、高斯形分... 为实现光纤激光器径向偏振光的高效输出,提出并搭建了基于液晶聚合物(LCP)的纳秒脉冲掺镱(Yb)主振荡器功率放大(MOPA)系统。该系统采用空间相位转换法,利用LCP涡旋半波片将全光纤MOPA激光器输出的高峰值功率、窄线宽、线偏振、高斯形分布的纳秒脉冲信号转换为横向强度呈空心环状分布的拉盖尔-高斯光。MOPA激光器系统由窄线宽连续种子源、电光强度调制器和后续的5级YDF放大器组成,通过实验获得了20.1 W的稳定LP01模输出。而后的LCP涡旋波片用作空间模式转换器,最终获得的平均输出功率为19.5 W,脉宽为10 ns,重复频率为10 kHz,横向剖面呈规则空心环形的径向偏振光输出,模式转换效率可达97%。另外,通过PBS测量法测得径向偏振光的模式纯度约为88.5%,兼具高功率与高纯度的优势。 展开更多
关键词 光纤激光器 径向偏振光 主控振荡器的功率放大器 空间相位转换 高功率 高纯度
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半导体激光器非典型宏通道水冷散热系统设计 被引量：3
5
作者 潘建宇 曹银花 +6 位作者 闫岸如 关娇阳 孟娇 郭照师 李景 兰天 王智勇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期228-235,共8页
针对大功率半导体激光器散热系统展开设计研究。首先,对水冷散热系统的流体通道中的冷却液进行了流体分析,结果表明在传统矩形流体通道结构中,冷却液在进液口处和弯度较小处容易产生湍流空洞。湍流空洞不仅会产生空泡腐蚀效应,还会导致... 针对大功率半导体激光器散热系统展开设计研究。首先,对水冷散热系统的流体通道中的冷却液进行了流体分析,结果表明在传统矩形流体通道结构中,冷却液在进液口处和弯度较小处容易产生湍流空洞。湍流空洞不仅会产生空泡腐蚀效应,还会导致靠近热源的上层冷却液填充不充分,降低系统的散热效率;其次,在传统流体通道结构的基础上,提出了一种非典型宏通道结构的优化模型。采用有限元分析软件Fluent分别对散热模型的分布和激光器模块器件的分布进行了数值模拟,流场结果表明优化模型中冷却液流动时没有湍流空洞产生,散热系统可靠性更高,冷却液在流体通道的上层填充效果更好,同时解决了传统模型中流体在局部流道中流速缓慢的问题,使散热系统具备更良好的散热性能。接着又通过温度场仿真结果得出,优化模型搭建的散热系统工作时激光器最高温度可降低2℃,且热源1上温度更均匀,热源3上温度降低1.25℃;最后,在激光器满功率输出情况下进行的散热实验对比,获得的实验数据与仿真结果基本一致。 展开更多
关键词 散热系统 半导体激光器 FLUENT 流场分析 温度场分析
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基于对称双模耦合器的波长可切换柱矢量光纤激光器
6
作者 裴思琪 张天宇 +6 位作者 张昆 杨博义 朱云 胡佳鹏 刘学胜 刘友强 王智勇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第23期3395-3404,共10页
为了实现高纯度脉冲柱矢量光的输出,提出并搭建基于对称双模耦合器的波长可切换的被动锁模柱矢量全光纤激光器。根据光纤传输原理得到基模向高阶模转换的折射率匹配直径,运用模式耦合模理论及光束传播法模拟分析了对称双模耦合器的结构... 为了实现高纯度脉冲柱矢量光的输出,提出并搭建基于对称双模耦合器的波长可切换的被动锁模柱矢量全光纤激光器。根据光纤传输原理得到基模向高阶模转换的折射率匹配直径,运用模式耦合模理论及光束传播法模拟分析了对称双模耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响,采用熔融拉锥法并免去传统的模式选择耦合器制作上的预拉锥工艺制作了对称双模耦合器,通过搭建一套被动锁模柱矢量全光纤激光器实现了中心波长1039 nm和1068 nm可切换、脉冲时间间隔为113.8 ns、重频为8.78 MHz、脉宽660 ps/656 ps、最大输出平均功率为5.25 mW/5.2 mW、模式纯度大于97%的柱矢量光输出。实验验证了对称双模耦合器的可行性,为后续高纯度柱矢量光的获得提供一种可行的方案。 展开更多
关键词 光纤激光器 对称双模耦合器 非线性偏振旋转锁模 柱矢量光 高纯度
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基于模式选择耦合器的柱矢量光脉冲光纤激光器
7
作者 牛峻峰 裴思琪 杨博义 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1011-1016,共6页
柱矢量光具有轴对称的偏振及强度分布特点,强聚焦条件下会形成一个独特且较强的局部纵向电场,在工业加工、材料处理、粒子操控、显微成像等领域具有独特的应用优势。模式选择耦合器是实现全光纤模式转换的关键器件,具有结构简单、体积... 柱矢量光具有轴对称的偏振及强度分布特点,强聚焦条件下会形成一个独特且较强的局部纵向电场,在工业加工、材料处理、粒子操控、显微成像等领域具有独特的应用优势。模式选择耦合器是实现全光纤模式转换的关键器件,具有结构简单、体积小、高转换效率、高模式纯度和优良光纤兼容性等优点,是目前最有希望获得稳定可靠柱矢量全光纤激光输出的一套技术方案。本文基于模式选择耦合器搭建柱矢量窄线宽全光纤激光器获得了高模式纯度、高稳定性的LP11模输出。 展开更多
关键词 柱矢量光 脉冲光纤激光器 模式选择耦合器
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无输出镜外腔光谱合束结构对反馈效率的影响 被引量：1
8
作者 金装 李景 +4 位作者 姜梦华 刘友强 秦文斌 曹银花 王智勇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期140-149,共10页
半导体激光阵列无输出耦合镜外腔光谱合束技术利用光栅的0级和1级衍射光束反馈实现发光单元的波长锁定,避免了0级和1级衍射光束的转储和浪费,可以获得高的合束效率。因此,0级和1级衍射光束的反馈量高低就会决定外腔波长锁定的稳定性,进... 半导体激光阵列无输出耦合镜外腔光谱合束技术利用光栅的0级和1级衍射光束反馈实现发光单元的波长锁定,避免了0级和1级衍射光束的转储和浪费,可以获得高的合束效率。因此,0级和1级衍射光束的反馈量高低就会决定外腔波长锁定的稳定性,进而影响合束后光束质量的高低甚至光谱合束的成败。针对此种结构,理论研究了两外腔长度、望远镜滤波结构及"Smile"效应对0级和1级衍射光束反馈效率的影响,结果表明:(1)外腔长度会影响反馈功率以及串扰程度;(2)望远镜滤波结构可以有效滤除大偏角杂散光束以及使光束正确反馈回原发光单元;(3)"Smile"效应的程度对反馈效率以及输出光束质量影响尤为严重,需要采取措施进行抑制。 展开更多
关键词 半导体激光阵列 无输出耦合镜外腔光谱合束 "Smile"效应 反馈效率
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底发射VCSEL片上点阵结构光投影装置设计
9
作者 阮仁杰 曹银花 +3 位作者 王晓帆 马艳红 王智勇 兰天 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期261-269,共9页
为解决现有点阵结构光投影装置中准直透镜会导致较强的零级衍射而造成投影点阵光强分布不均匀的问题,提出了一种基于底发射垂直腔面发射激光器的片上点阵光投影装置结构,并给出了衍射光学元件设计思路。首先对目标光场进行光强调整和坐... 为解决现有点阵结构光投影装置中准直透镜会导致较强的零级衍射而造成投影点阵光强分布不均匀的问题,提出了一种基于底发射垂直腔面发射激光器的片上点阵光投影装置结构,并给出了衍射光学元件设计思路。首先对目标光场进行光强调整和坐标变换,在无准直透镜情况下利用基于瑞利-索末菲衍射积分的Gerchberg-Saxton改进算法获得片上衍射光学元件的相位分布,并最终对该点阵投影装置的投影效果进行评估。结果表明:在衍射光学元件设计过程中采用高斯光束作为光源时,该结构能更好地抑制零级衍射,获得光强分布更加均匀的投影点阵。此外,该结构不仅可省去透镜的安装,减小投影装置尺寸,还可通过流片工艺实现光源和衍射光学元件一体化集成。 展开更多
关键词 衍射光学 片上结构光 瑞利-索末菲衍射积分 衍射光学元件 Gerchberg-Saxton算法 底发射VCSEL
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