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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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高峰值功率GMN飞秒光纤激光器研究进展(特邀)
2
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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LD脉冲泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体百kHz激光器 被引量：1
3
作者 彭嘉宁 韩雪 +4 位作者 聂霄璐 高翔 朱占达 雷訇 李强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期49-55,共7页
目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更... 目前1.5μm激光二极管(Laser Diode,LD)泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更高重频的激光输出。报道了一种通过LD脉冲端面泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体的百kHz人眼安全激光器。通过实验优化增益介质掺杂浓度和长度、泵浦光斑尺寸和调Q晶体初始透过率等实验参数,同时适当缩短脉宽,优化泵浦占空比,提高了输出重频的稳定性。最终获得了重频为100 kHz、单脉冲能量0.7μJ、脉冲宽度240 ns、光束质量M^(2)=1.61的1537 nm脉冲激光输出。实现了输出脉冲频率与泵浦的一致,保证了输出重频的稳定性,有效解决了输出重频具有随机性、不稳定、不可控等问题。 展开更多
关键词 固体激光器 百kHz 脉冲泵浦 被动调Q Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体
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1J高光束质量免水冷脉冲Nd∶YAG激光器 被引量：7
4
作者 刘学胜 杨松 +5 位作者 司汉英 邹吉跃 闫岸如 王聪聪 刘友强 王智勇 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期1523-1530,共8页
研制了一种TEC制冷LD侧泵高能量、高光束质量、电光调Q全固态Nd∶YAG激光器。在主振荡器中晶体棒的尺寸为φ7 mm×100 mm,Nd原子数比例为1.1%,LD泵浦的最大峰值功率为15 kW,在重复频率为10 Hz时,获得了350 mJ输出能量,脉冲宽度为9.7... 研制了一种TEC制冷LD侧泵高能量、高光束质量、电光调Q全固态Nd∶YAG激光器。在主振荡器中晶体棒的尺寸为φ7 mm×100 mm,Nd原子数比例为1.1%,LD泵浦的最大峰值功率为15 kW,在重复频率为10 Hz时,获得了350 mJ输出能量,脉冲宽度为9.7 ns,光束质量因子M 2在水平和垂直方向分别为3.3和3.8。使用主振荡功率放大结构,提高了最终的输出功率。第一级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ7.5 mm×134 mm,在输出重复频率10 Hz、泵浦电流80 A、泵浦脉冲宽度200μs时,得到最大单脉冲能量700 mJ,脉冲宽度10 ns。第二级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ8 mm×100 mm,泵浦电流为80 A。最终我们获得了最大的单脉冲能量1085 mJ,脉冲宽度10 ns,能量不稳定度小于3%,测量的光束质量因子M 2在水平和垂直方向分别为3.9和4.8,实现了焦耳级高光束质量Nd∶YAG激光器的小型化、无水冷化。 展开更多
关键词 脉冲激光 LD侧泵浦 MOPA 电光调Q
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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：2
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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LD泵浦Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体kHz微型激光器
6
作者 韩雪 吕游 +5 位作者 彭嘉宁 郭嘉祥 惠勇凌 朱占达 雷訇 李强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期159-165,共7页
目前1.5μm LD泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出能量和重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更大脉冲能量和更高重... 目前1.5μm LD泵浦的铒镱共掺玻璃/晶体被动调Q微型激光器广泛应用于激光测距、激光雷达等领域。随着激光器输出能量和重频的增加,玻璃面临突出的热效应问题,晶体的热导率是玻璃的10倍以上,有望能够实现比玻璃基质更大脉冲能量和更高重频的激光输出。文中报道了一种采用LD脉冲端面泵浦、铒镱共掺焦硅酸镥晶体为增益介质的1537 nm被动调Q微型激光器。通过优化泵浦光斑大小、输出镜透过率与调Q晶体初始透过率相匹配,实现激光输出重频与泵浦重频一致。最终实现了输出重频为1 kHz、单脉冲能量35μJ、脉冲宽度7 ns、峰值功率为5 kW、光束质量因子M^(2)=1.33的激光输出。以及输出重频为10 kHz、单脉冲能量10μJ、脉冲宽度10 ns、峰值功率为1 kW、光束质量因子M^(2)=1.51的激光输出。结果表明,Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体是实现高重频1.5μm激光输出的优良介质。文中研究结果对LD脉冲端面泵浦的kHz铒镱共掺晶体被动调Q人眼安全微片激光器具有重要的参考意义。 展开更多
关键词 微片激光器 被动调Q 高重频 Er^(3+)/Yb^(3+):Lu_(2)Si_(2)O_(7)晶体 脉冲泵浦
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高功率掺钕钒酸钇参量克尔透镜锁模振荡器(特邀)
7
作者 彭志刚 王璞 《光电技术应用》 2021年第5期61-65,共5页
全固态被动锁模振荡器具有脉冲能量高、稳定性好的特点,研究了高功率掺钕钒酸钇(neodymium doped yttrium vanadate,Nd:YVO_(4))参量克尔透镜锁模振荡器。该振荡器中的参量克尔效应来自于光在三硼酸锂(lithium triborate,LBO)中产生的... 全固态被动锁模振荡器具有脉冲能量高、稳定性好的特点,研究了高功率掺钕钒酸钇(neodymium doped yttrium vanadate,Nd:YVO_(4))参量克尔透镜锁模振荡器。该振荡器中的参量克尔效应来自于光在三硼酸锂(lithium triborate,LBO)中产生的级联二阶非线性效应。结果表明,参量克尔透镜锁模振荡器能够实现自启,获得了输出的总平均功率为20 W、重复频率为79.3 MHz、脉冲宽度为22 ps的激光。 展开更多
关键词 高功率全固态激光器 参量克尔透镜锁模 级联二阶非线性效应 超短脉冲
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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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