放电氧碘激光器的研究进展
放电氧碘激光器的研究进展1
张学玲，王新兵
华中科技大学光电子科学与工程学院，武汉（430070）
E-mail：zhangxueling644@https://www.360docs.net/doc/0114271322.html,
摘 要：利用O2(1?)与碘原子的共振能量转移实现的氧碘激光器，由于其具有高功率，波长短和较低的光纤传输损耗，在工业上具有广阔的应用前景。但目前使用的O2(1?)发生器，是典型的气液反应系统，其产生的水汽对激发态碘原子具有较强的猝灭作用；生成O2(1?)的反应物具有强腐蚀性和毒性，会带来环境污染问题。寻求一种全气相、不含水和环保的O2(1?)发生器氧碘激光器的发展方向，用气体放电的方法产生O2(1?)，是目前国际上的研究热点。本文详细介绍了各种放电单重态氧发生器的结构特点，以及存在的问题，考虑到射频放电的稳定性以及均匀性较好，已经广泛用于各种气体激光器的激励，认为采用射频放电生成单重态氧发生器是一种不错的选择。
关键词：化学氧碘激光器，单重氧，放电氧碘激光器
中图分类号：TN248.2, TN248.5
1.引言
氧碘激光器是利用O2(1?)与碘原子的共振能量转移，使碘发生粒子数反转，从而辐射得到1.315μm的激光。其中，产生O2(1?)是氧碘激光器的关键。 传统的单重氧产生主要是通过 化学的方法：
Cl2 + H2O2 + 2 MOH →O2 (1?) + 2H2O + 2 MCl ,
其中M为K, Na,Li。由于这是一个气液放热反应,产物中含有一定量的水蒸汽,水分子对激发态碘原子的猝灭很严重, 而且过氧化氢等物质具有强腐蚀性和毒性，会带来环境污染问题。所以研究人员在改进此系统的同时,也在努力探索其它产生O2(1?) 的途径。全气相的放电氧碘激光器就是一个发展方向，它仅仅依靠放电来获得O2(1?)：O2(3Σ)+e→O2(1?)+e。
早在1974年Zalesskii[1]就提出了一种放电氧碘激光器，他通过氧实现了激发态碘粒子数的增加，但却没能实现激光振荡。近些年，随着放电氧碘激光器的研究不断深入，相关的理论和实验研究都不断取得突破性进展。目前用来实现放电单重氧发生器(DSOG)的放电方式主要有直流、微波、射频等。以下将分别介绍这几种放电方式下的放电氧碘激光器的结构特点。
2. 直流放电方式
⑴2000年俄罗斯的Mikheyev[2]研究了纯氧条件下的涡流直流单重氧发生器。采用涡流方式，主要是因为它可以实现高压强高功率下的稳定的连续波放电。实验装置主要是一个涡流管如图1，涡流管中间是内径15mm的玻璃管，两端一边是喷嘴一边是扩散器。而管的长度也可以通过改变电极的间距来改变，实验证明在电极间距为5～7cm的时候单重氧的产率达到最大。实验分别采用Cu、Ti、Al做成的阴极，证明了采用Ti、Al阴极相对于Cu可以使1.27μm 的信号提高25%。
1本课题得到了国家自然科学基金资助项目 (项目编号：60608006) 的资助。
图1 涡流放电装置
⑵2004年俄罗斯的Ikonnikov和Savin也对直流放电单重氧发生器进行了研究[3]，这种发生器主要由一个石英管和两个电极组成，通过水来冷却。他们研究了两种单重氧发生器，如图2。其中DSOG-1采用钛电极，放电管内径24mm，长200mm。在压强为1～1.5Torr时，在距放电管出口50cm处，测得的单重氧浓度不到15%。而改进后的DSOG-2采用铝电极，放电管内径10mm,长度不变，所测浓度达到23%~28%。
DSOG-1DSOG-2
图2 直流单重氧发生器
3. 微波放电方式
⑴俄罗斯的Savin[4]，[5]在2003、2004年采用了稳态模式下的行波放电方式，用于有效的增加气体流中的单重氧。研究采用二维（r,z）模型来计算等离子化学动力学以及热和质量在纯氧和氩氧混合气体中的转移，并且模拟行波放电的过程。实验证实由于在顺着气体流方向的末端，单重氧的主要产生过程是：O2(1Σ)+ O（3P）→O2(1?)+ O（3P）而O2(1Σ)主要是在管壁上淬灭的，所以Savin认为应该采用直径较大的管。实验分别采用27w和42w的输入功率，得到的单重氧的产率Y=[O2(1?)]/（[O2]+ [O2(1?)]）从18~19%增加到了22%。
⑵美国的Rawlins[6]在2006年分别采用了功率为40~120W和1~2kW的微波进行研究并相应的使用了两种不同的实验装置。其中后者采用了一种“微波驱动喷射”的放电装置，如图3，混合气体沿切线喷射管注入该装置，产生涡旋流并在微波放电腔中形成放电等离子体。这种装置随着气体流速的增加可以成比例的增加放电功率，最高可以达到5kW，这样就可以优化单重氧的产生。
图31?5kW微波驱动喷射放电装置
4. 射频放电方式
⑴日本的Fujii 和Schmiedberger研究了微波和射频两种放电方式[7~11]。他们1993年就开始了射频等离子射流单重氧发生器的研究。射频等离子射流系统不同于其他放电方式下的单重氧发生器的显著特征是：它的上流与下流的压力比很高、10~100μs的极短停滞时间。从第一代放电单重氧发生器（DSOG-1）到现在的第五代（DSOG-5），单重氧的产率也由4.2%达到了0.45 Torr下32%的最大值。
Schmiedberger研究的第一代到第五代射频单重氧等离子射流发生器如图4所示。DSOG-1和DSOG-2采用纯氧或加入少量混合气体的氧来产生等离子射流，并且通过自然扩散到低压腔中。第二代主要是在第一代的基础上在单重氧基本辐射被测量处重新校准了光纤与诊断腔的匹配，使单重氧产率提高了 3.8倍，从4.2%提高到16%~17%。DSOG-3采用中性气体顺着射频喷嘴注入来冷却等离子射流以提高单重氧的产量。用于冷却的混合气体在喷嘴出口5mm 的地方注入等离子体。这种冷却注入可以使等离子射流的长度减短数毫米，并且使单重氧的产率也相应的增加（达到25%~30%）。而DSOG-4采用了两种操作方式：冷却方式和能量转移方式。冷却方式采用氧气和一氧化氮混合气体产生等离子射流，而用氦来冷却。能量转移方式采用氦和一氧化氮混合气体产生等离子射流，并与中性氧的气体流混合，从而使能量转移到氧分子。在DSOG-4中注入口更靠近喷嘴的出口就在等离子衰减的开始处，并且射频喷嘴更小，电极的直径也更小。2003年他们开始研究DSOG-5，实验采用频率100MHz功率200W 的射频，使氩在铝喷嘴处产生等离子射流，当氩通过喷嘴与氧分子作用时，就会通过能量转移产生单重氧。来自于氩等离子体的能量转移就是产生单重氧的主要途径。在氧低流率的条件下单重氧可以达到了24%的产率，但是80μmol/s左右的流率对于激光实验而言太低了。
DSOG-1~DSOG-4 DSOG-5
图4射频等离子射流单重氧发生器
⑵俄罗斯的Rakhimova在2003、2004年研究了13.56MHz和 80MHz的射频放电单重氧产生器[12,13]。装置如图5所示。其中1提供射频电源，而放电主要在石英管中进行。
图5射频放电装置
Rakhimova认为根据能量沉积可以把射频放电分成三种模式：Ⅰ模式：W 〈100J/mmole;Ⅱ模式：100 J/mmole〈W〈200 J/mmole；Ⅲ模式：W〉200 J/mmole。Ⅰ模式即α模式，而Ⅲ模式就是射流模式。实验表明在α模式中，单重氧的产生效率更高，而在射流模式中由于大量能量损失在近电极层，效率会下降1～2%。 通过分别采用13.56MHz 和 80MHz的射频证实了能量沉积在150 J/mmole范围内，采用80MHz的射频单重氧的产率是采用13.56MHz的1.3～2倍。由此可以说明提高射频频率对于提高单重氧的产率很有帮助。他们还证实随着压强和能量沉积的增加，单重氧的浓度会达到饱和。所以应避免氧分压大于10Torr而且能量沉积较大情况。另外由于一些金属氧化物的表面有很高的氧原子损耗率，所以可以在电极处的放电管壁覆盖上氧化汞来去除氧原子。氧化贡的使用就避免了随着射频功率的增加而造成单重氧浓度的饱和。
⑶俄罗斯的Ionin以前也曾做过电子束产生单重氧，在O2:Ar:CO=1:1:0.05、总气体压强30Torr时产率达到了7%，但实验设备复杂而庞大[14]。后来Ionin开始研究自持和非自持的射频板条单重氧发生器[15]。实验设备如图6。在1.5升的内容量内，有两个用水冷却的铝电极，放电间距3mm,放电面积285?30mm2。而且这个设备可以通过插入用不同物质做成的材料来灵活的改变电极的材料。由于电极间距很小，所以电极的材料会影响板条射频放电的等离子动力学过程。铜是一种对单重氧有很强淬灭作用的物质，而使用钽或者铝电极就可以获得很高的单重氧产率。
在研究非自持放电时，研究人员使用了一种通过重复高压脉冲来获得外部电离的设备，如图7。高达1500伏的直流电压加在铜电极（1）上，脉冲电压加在铝电极（2）上，而工作介质被陶瓷盘（3）限制。中空的电极（1）和电极（2）有一个通用的水冷循环。沿着铜电极放电腔长为95mm，内部电极的间距为20mm，最小的尺寸（板条的高度）只有2mm。实验测得在氧气和氦气1：4混合，气体压强200Torr时，单重氧的浓度达到了1.5*1016cm-3，产率达到了10.6%。
图 6 射频板条放电结构图 7非自持放电系统
⑷2004年美国的Carroll通过射频放电产生的O2(1?)成功泵浦碘获得1.315μm的连续波激光振荡，输出功率达到了220mW[16]。实验装置如图8。实验采用13.56MHz的射频作用于两个内部空心电极，产生直径约4.9cm长约25cm的等离子区。Carroll认为放电的稳定性和温度的控制对于获得有效的增益都是十分关键的。他采用超音速腔来降低气体流的温度和改变从碘原子到激发态碘的反应平衡，并在光腔中采用了两面反射率为99.99%的反射镜获得了约0.0067%cm-1的增益。在亚音速管和超音速腔中压强分别为12.6Torr和1.55Torr时，采用450W 的射频功率，可以获得207mW的激光输出，而这时O2(1?)的产率≈17%，亚音速管中的温度≈410K。但是维持激光持续振荡是在射频功率为260W时，这时估计O2(1?)的产率为12%，激
光功率相对稳定在220mW±10 mW，可持续约为33min。
⑸2004年中国科学院大连物理化学研究所的李国富[17]等人在133~399Pa 压力条件下,
对纯氧,及氧气与氩气的混合气体的射频放电产生O2(1?) 进行了理论模拟和实验研究,得到
的O2(1?) 产率最高可达到17.5 %。
图 8射频放电实验装置
5. 结论
由于氧是一种负电性气体，采用直流放电难以获得稳定的辉光放电。而微波放电由于趋
夫效应也难以有效的将电功率耦合到放电区，放电注入功率难以提高。电子束自持放电的设
备庞大，难以实用化。相比之下采用射频放电则是一种不错的选择。它的稳定性以及均匀性
都高于直流放电，而且已经广泛用于各种气体激光器的激励。
目前放电氧碘激光器的研究方向仍然是提高单重氧的产率。理论计算表明电子能量过高
是制约单重态氧产率提高的主要因素。通过放电方式、结构和气体的改进，可以使电子能量
降低到一个合适的值。另外研究高气压高功率下稳定的射频辉光放电技术对于提高单重氧的
产率也很有意义。高气压下放电的不稳定性主要是热不稳定性，因此必须设计适当的放电结
构使放电的热量能及时排除到放电区外。板条射频放电结构的主要特点是电极面积大、间距小，放电产生的热量能通过气体扩散和对流的方式传导到电极，从而保持放电区的气体温度
在一个较低的水平。而且这种放电结构已成功用于CO2激光器中，板条射频CO2激光器已
成为新一代的工业用CO2激光器。所以采用射频放电板条结构的单重态氧发生器应该具有
较好的前景.
参考文献
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[16] David L.Carroll, Joseph T.Verdeyen,Darren M. King，et al..Continuous-wave laser oscillation on the 1315 nm transition of atomic iodine pumped by O2(a1?) produced in an electric discharge.Appl[J]. Phys.Lett.2005,86,111104-1~3
[17]李国富,桑凤亭,王增强，等.电激励O2( a1?g) 发生器的实验研究[J].强激光与粒子束,2004,16:1127~1130
Development of Electric Oxygen-Iodine Lasers
Zhang Xueling，Wang Xinbing
Institute of Optoelectronics Science and Engineering, HUST, Wuhan（430074)
Abstract
Chemical oxygen-iodine lasers (COIL) which is obtained by the near resonant energy transfer between O2(1?) and atomic iodine are attractive for diverse industrial applications because COILs have high power and short wavelength which is located in a minimum loss transmission region for optical fiber. Conventional singlet-delta oxygen generation is a typical gas-liquid reaction system. The moisture from it could quench the excited atomic iodine, and the reactants of the singlet-delta oxygen are deep-etching and poisonous, which could cause environment pollution. Therefore, recent efforts have been investigating the development of the new singlet-delta oxygen generators which are all gas phase, moisture-free and pollution-free. Researches are focus on gas discharge generating singlet-delta oxygen. This paper introduces design features and problems of singlet-delta oxygen generations in different kind of discharges. According to the good stability and uniformity of RF discharge which is extensively used in many gas lasers, singlet-delta oxygen generation in RF discharge would be a good choice. Keywords: chemical oxygen-iodine lasers; singlet-delta oxygen; electrically pumped oxygen-iodine lasers
作者简介：张学玲，女，1974年生，博士研究生，主要研究方向是新型气体激光器。
放电氧碘激光器的研究进展
放电氧碘激光器的研究进展1 张学玲，王新兵 华中科技大学光电子科学与工程学院，武汉（430070） E-mail：zhangxueling644@https://www.360docs.net/doc/0114271322.html, 摘 要：利用O2(1?)与碘原子的共振能量转移实现的氧碘激光器，由于其具有高功率，波长短和较低的光纤传输损耗，在工业上具有广阔的应用前景。但目前使用的O2(1?)发生器，是典型的气液反应系统，其产生的水汽对激发态碘原子具有较强的猝灭作用；生成O2(1?)的反应物具有强腐蚀性和毒性，会带来环境污染问题。寻求一种全气相、不含水和环保的O2(1?)发生器氧碘激光器的发展方向，用气体放电的方法产生O2(1?)，是目前国际上的研究热点。本文详细介绍了各种放电单重态氧发生器的结构特点，以及存在的问题，考虑到射频放电的稳定性以及均匀性较好，已经广泛用于各种气体激光器的激励，认为采用射频放电生成单重态氧发生器是一种不错的选择。 关键词：化学氧碘激光器，单重氧，放电氧碘激光器 中图分类号：TN248.2, TN248.5 1.引言 氧碘激光器是利用O2(1?)与碘原子的共振能量转移，使碘发生粒子数反转，从而辐射得到1.315μm的激光。其中，产生O2(1?)是氧碘激光器的关键。 传统的单重氧产生主要是通过 化学的方法： Cl2 + H2O2 + 2 MOH →O2 (1?) + 2H2O + 2 MCl , 其中M为K, Na,Li。由于这是一个气液放热反应,产物中含有一定量的水蒸汽,水分子对激发态碘原子的猝灭很严重, 而且过氧化氢等物质具有强腐蚀性和毒性，会带来环境污染问题。所以研究人员在改进此系统的同时,也在努力探索其它产生O2(1?) 的途径。全气相的放电氧碘激光器就是一个发展方向，它仅仅依靠放电来获得O2(1?)：O2(3Σ)+e→O2(1?)+e。 早在1974年Zalesskii[1]就提出了一种放电氧碘激光器，他通过氧实现了激发态碘粒子数的增加，但却没能实现激光振荡。近些年，随着放电氧碘激光器的研究不断深入，相关的理论和实验研究都不断取得突破性进展。目前用来实现放电单重氧发生器(DSOG)的放电方式主要有直流、微波、射频等。以下将分别介绍这几种放电方式下的放电氧碘激光器的结构特点。 2. 直流放电方式 ⑴2000年俄罗斯的Mikheyev[2]研究了纯氧条件下的涡流直流单重氧发生器。采用涡流方式，主要是因为它可以实现高压强高功率下的稳定的连续波放电。实验装置主要是一个涡流管如图1，涡流管中间是内径15mm的玻璃管，两端一边是喷嘴一边是扩散器。而管的长度也可以通过改变电极的间距来改变，实验证明在电极间距为5～7cm的时候单重氧的产率达到最大。实验分别采用Cu、Ti、Al做成的阴极，证明了采用Ti、Al阴极相对于Cu可以使1.27μm 的信号提高25%。 1本课题得到了国家自然科学基金资助项目 (项目编号：60608006) 的资助。
化学氧碘激光器的BHP配制及稳定操作
第10卷 第3期强激光与粒子束V o l.10,N o.3 1998年8月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S A ug.,1998 化学氧碘激光器的BHP配制及稳定操作Ξ 廖伟光 桑凤亭 杨柏龄 (中国科学院大连化学物理研究所,大连110信箱,116023) 摘 要 作为化学氧碘激光器(CO I L)的能量来源,O2(1?)发生器(SO G)工作状态直接影 响CO I L的工作性能,而碱性过氧化氢溶液的稳定与否又影响SO G的工作状态。通过对转盘 式SO G实验中BH P配制及稳定操作的系统研究,提出了造成BH P溶液不稳定的几种原因及 相关的解决方法。 关键词 BH P配制及稳定操作 转盘式O2(1?)发生器 化学氧碘激光器 中图分类号 TN248.520.4 化学氧碘激光器(CO I L)是利用化学方法生成的O2(1?)与基态碘原子共振传能产生激光,化学能转化为激光输出的效率很高,容易实现放大,且具有波长短、光束质量好等优点。 单重态氧发生器(SO G)是为CO I L提供能源的装置,它直接影响CO I L的整体工作性能,同时SO G的工作稳定性也是CO I L稳定工作的关键,而SO G的稳定工作在极大程度上取决于工作介质碱性过氧化氢碱溶液(BH P)的化学稳定性。本文针对转盘式SO G的BH P配制及稳定操作条件进行了系统研究,确定了BH P的稳定工作环境。 1 O2(1?)的化学发生原理 化学氧碘激光器的工作原理是基于激发态碘原子受激发射 I3(2p1 2)→I(2p3 2)+hΜ(1) 激发态碘原子的能量来自基态碘原子与激发态氧的近共振传能 O2(1?)+I(2p3 2)→I3(2p1 2)+O2(32)(2) 由上式可知,高效发生O2(1?)是实现CO I L高效操作的关键。目前所采用的O2(1?)发生方法主要是通过氯气与BH P的化学反应产生 C l2+H2O2+2M O H→O2(1?)+2H2O+2M C l, M=K、N a、L i(3) 该反应产生的O2(1?)实际产率近100%[1],上述反应是由一系列基本反应过程组成。首先由碱与过氧化氢预混配制成BH P并产生HO2-离子;当气相中的氯气通过扩散进入BH P混合液时,氯气与HO2-反应,产生HOO C l中间体,并与HO2-反应产生C l O2-;最后C l O2-解离产生O2(1?),即 H2O2+O H-→H2O+HO2- , ?H=-32kJ m o l(4) C l2+HO2-→HOO C l+C l-(5) HOOC l+HO2-→C l O2-+H2O2(6) C l O2-→C l-+O2(1?) , ?H=-155kJ m o l(7) Ξ国家863激光技术领域资助课题 1998年4月8日收到原稿,1998年6月16日收到修改稿。 廖伟光,男,1967年12月出生,助工
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半导体材料研究的新进展* 王占国 (中国科学院半导体研究所,半导体材料科学实验室,北京100083 摘要:首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析,进而介绍几种重要半导体材料如,硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后,提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,GaSe 2 、CuIn(Se,S等以及发展迅速的有机半导体材料等。 关键词:半导体材料;量子线;量子点材料;光子晶体 中图分类号:TN304.01文献标识码:A文章编 号:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zhan-guo (Lab.of Semiconductor Materials Science,Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences,Beijing100083,China Abstract:The strategic position and important role of semiconductor materials,as a core and foundation of the information society,for development of national economic,national safety and society progress
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紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 2120160620 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理 2.1 介质的非线性极化 激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
氟化氘 氧化碘
氟化氘（DF）和氧化碘（COIL）是目前激光武器化应用的两种典型激光器。 HＦ（DF）激光器：氟化氘（DＦ）激光器波长 3．5～4．２μm之间运作。输出约有 25 条谱线。可实现数兆瓦的输出。美国研制的DF化学激光武器，其输出功率达到2.2MW，达到了迄今为止激光武器级别中的最高水平，1997年，美国曾用DF激光炮两次击中在轨道上运行的废弃卫星； 2．COIL激光器：美国空军研究实验室的化学氧碘激光器以波长λ＝l．3 15μm运作，很容易在大气中或光纤中传输。具有高达４０％的能量转换效率。在1977年开始开发，这种高能激光器以连续方式运作，已经发展成军事应用和现在工业应用的高级状态。它已经由于其机载激光器（ABL）作战能力而众所周知，它被放置在波音747飞机上用于以兆瓦的功率追踪和破坏导弹。它已成功地以31英里（50公里）的距离追踪。 2010.6.30 简介 这类激光器大部分以分子跃迁方式工作，典型波长范围为近红外到中红外谱区。最主要的有氟化氢（HF）和氟化氘（DF）两种装置。前者可以在2.6～3.3微米之间输出15条以上的谱线；后者则约有25条谱线处于3.5～4.2微米之间。这两种器件目前均可实现数兆瓦的输出[1]。其他化学分子激光器包括波长为4.0～4.7微米的溴化氢（HBr）激光器，波长4.9～5.8微米的一氧化碳（CO）激光器等。 迄今唯一已知的利用电子跃迁的化学激光器是氧碘激光器，它具有高达40％的能量转换效率，而其1.3微米的输出波长则很容易在大气中或光纤中传输。 工作方式 化学激光器有脉冲和连续两种工作方式。脉冲装置首先于1965年发明，连续器件则于4年后问世。其中氟化氢和氟化氘激光器由于可以获得非常高的连续功率输出，其潜在军事应用很快引起人们的兴趣。在“星球大战”计划的推动下，美国于80年代中期以3.8微米波长、2.2兆瓦功率的氟化氘激光器为基础，研制出“中红外先进化学激光装置”，在战略防御倡议局1988年提交国会的报告中，称其为当时“自由世界能量最大的高能激光系统”。而氧碘激光器则在材料加工中得到应用，并可望用于受控热核聚变反应。化学激光器最近的发展方向包括以数十兆瓦为目标进一步增加连续器件的输出功率；努力提高氟化氢激光的光束质量和亮度；并探索由氟化氢激光器获得1.3微米左右短波长输出的可能性。 纯化学型
半导体激光器的发展与运用
半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
化学氧碘激光器的诊断
第9卷 第3期强激光与粒子束V o l.9,N o.3 1997年8月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S A ug.,1997 化学氧碘激光器的诊断Ξ 王建祥 杜祥琬 (北京应用物理与计算数学研究所,北京8009信箱,100088) 摘 要 将化学氧碘激光器(CO I L)本身的诊断分述为流场特性诊断、气流混合诊断、增 益介质诊断和光腔诊断,系统讨论了各种诊断的要求,并分别讨论了各种诊断的基本原理及 方法。 关键词 化学氧碘激光器 诊断 ABSTRACT T he diagno stics of the chem ical oxygen2i odine laser(CO I L)device are discu ssed system atically.It is divided in to several diagno stic sub system s such as flow diagno s2 tic,oxygen2i odine flow m ix ing diagno stic,gain m edium diagno stic and resonato r diagno stic. T he requ irem en t of every diagno stic param eter,their m easu re p rinci p les and m etnods,are dis2 cu ssed system atically,som e diagno stic examp les are also given respectively. KEY WOR D S chem ical oxygen2i odine laser,diagno stic 化学氧碘激光器已经发展多年,但要达到实用化的阶段,还需要进一步优化设计,以减小体积,提高效率,增大功率并获得良好的光束质量。在这个过程中,诊断技术必不可少。 化学氧碘激光器诊断是通过测量化学碘激光器运行的表象参数,达到了解化学氧碘激光器的运行状况,特别是其内部的实时信息,以便弄清产生某种表象的内因,从而进一步优化化学氧碘激光器的设计、运行。因此,自化学氧碘激光器诞生以来,它的诊断技术也在并行发展着。美国的化学氧碘激光器都有专门用作诊断的部件。 80年代末,美国还研制了一台小型的化学氧碘激光器(RAD I CAL CO I L)专门用来进行诊断和优化参数研究[1]。最近美国又开始特别注重诊断技术的研究,不过,到目前为止,还没有公开发表的系统讨论化学氧碘激光器诊断研究工作的文章。 1 化学氧碘激光器诊断的对象 高能激光系统的诊断实际上可分为两类:激光光束诊断和激光器诊断。前者讨论高能激光器发射出的激光束的各种性能参数(如功率、波长、光束质量等)的诊断,这种诊断可抛开具体的激光器技术,因此各种高能激光系统的这类诊断技术基本上是相同的。事实上,这类诊断技术已经发展完备,形成了一套成熟的理论[2]。而另一类诊断,高能激光器本身的诊断,讨论激光器各种部件 子系统运转状况的诊断技术。它关注各个部件的工作性能及各个子系统相关过程的细节情况,以便维护和优化激光器的运行。每种激光器的这类诊断各有特色,需要分别考虑。当然,只有这两种诊断综合使用,才能达到诊断的目的。本文的讨论主要局限于化学氧碘激光器的后一种类型的诊断。 连续波超音速化学氧碘激光器的工作原理见图1。单态氧发生器中,氯气与过氧化氢碱溶 Ξ国家863激光技术领域资助项目。 1997年1月20日收到原稿,1997年6月10日收到修改稿。 王建祥,男,1970年7月出生,硕士,助理研究员
半导体激光器的研究进展
半导体激光器的研究进展 摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。 一、引言。 激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。 半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。 本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。 二、大功率半导体激光器的发展历程。 1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。在1968—1970 年期间，美国贝尔实验室的Panish，Hayashi 和Sμmski成功研究了AlGaAs /GaAs单异质结激光器，室温阈值电流密度为8.6 × 103 A /cm2，比同质结激光器降低了一个数量级。
激光器原理及分类
激光器原理及分类 激光器是能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。下面小编为大家介绍下激光器。 一、激光器原理 除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔，但谐振腔（见光学谐振腔）并非必不可少的组成部分，谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。 二、激光器分类 可调谐激光器 可调谐激光器tunablelaser是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器（见激光）。这种激光器的用途广泛，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等。 单模激光器 输出为单横模(一般为基模)、多纵模的激光器。
化学氧碘激光器 化学氧碘激光器是一种机载激光器。机载激光器系统是以改型的波音 747-400F飞机作为发射平台（代号YAL-1A），以产生高能激光的化学氧碘激光器为核心，配置跟踪瞄准系统和光束控制与发射系统，利用激光作为能量直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。 二氧化碳激光器 二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器。放电管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以CO2气体和其他辅助气体（主要是氦气和氮气，一般还有少量的氢或氙气）；电极一般是镍制空心圆筒；谐振腔的一端是镀金的全反射镜，另一端是用锗或砷化镓磨制的部分反射镜。当在电极上加高电压（一般是直流的或低频交流的），放电管中产生辉光放电，锗镜一端就有激光输出，其波长为10.6微米附近的中红外波段；一般较好的管子。一米长左右的放电区可得到连续输出功率40～60瓦。CO2激光器是一种比较重要的气体激光器液体激光器 液体激光器也称染料激光器，因为这类激光器的激活物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液。为了激发它们发射出激光，一般采用
超音速氧碘化学激光试验研究_百度文库
第8卷第2期1996年5月强激光与粒子束.8,No.2Vol May,1996HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS 超音速氧碘化学激光实验研究 桑凤亭陈方杨柏岭孙以珠 金玉奇逄景科顾成洲王麟庄琦 (中国科学院大连化物所,大连110信箱,116023) 摘要在一台5kW超音速氧碘化学激光器装置上采用转网式单重态氧发生器,在Cl2流量为150mmol s时输出功率已超过1kW,提出了简化预混的超音速氧碘化学激光理论模型。 关键词超音速氧碘化学激光 L)hasbeencon2ABSTRACT A5kWsupersonicchemicaloxygen-iodinelaser(COI structed.Arotatingmeshtypesinglet- deltaoxygengenerator(SOG)isusedthatappearstobesimpler,lighterinweightandmoreeffici entthantherotatingdiskSOG.Anoutputpowerof1kWfromthissupersonicCOILhasbeenachi evedbyusingtherotatingmeshSOGataCl2flow .TheoreticalmodelingofsupersonicCOIrateof150mmol sLbasedonasimplifiedpremixed modelisgiven. KEYWORDS Supersonic,chemicaloxygen-iodinelaser 0引言 [1]1978年McDermott首先演示成功连续波亚音速氧碘化学激光器(COIL),接着在一 些国家获得进一步发展[2～6]。不过对于连续波超音速COIL研究的报导较少,在超音速 1COIL研究中其关键技术是如何获得高分压同时高浓度的单重态氧O2(?),文献中报导 过两种单态氧发生器(SOG),即转盘式[7]和喷射式[8]。本文提出了一种新型的转网式SOG,它兼有前述转盘式及喷射式SOG的优点,不仅结构简单和重量轻,而且能产生较高分压和浓度的单重态氧而水蒸汽含量又低,在我们连续波超音速COIL实验中采用了电加热式碘蒸汽发生器和简单的二维喷管和稳定谐振腔,在Cl2流量为150mmol s时输出功率超过1kW。 1实验 111转网式SOG 单重态氧O2(1?)是通过Cl2气和碱性过氧化氢(BHP)溶液按以下反应式发生的: 1Cl2+2KOH+H2O2→O2(?)+2KCl+2H2O 在SOG中,Cl2通过扩散进入液相与
半导体激光器的最新进展及应用现状
半导体激光器的最新进展及应用现状 发表时间：2018-11-11T11:02:03.827Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：黄志焕[导读] 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。 (天津环鑫科技发展有限公司 300384) 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。由于半导体激光器具有体积小、寿命长、电光转换效率高、调制速度快、波长范围宽和易于集成等优点，在光互连、光通信、光存储等方面具有广泛的应用。 关键词：半导体激光器；最新进展；应用现状 1半导体激光器研究的意义半导体激光器的研究是我国光电技术研究的重要内容，是国家重点提出并且一直在努力寻求新的突破的领域。就当前半导体激光器研究的意义来看，对国家的发展具有重要的现实意义。与此同时，半导体激光器在各行各业的应用都十分广泛，并且呈现出以每年20％以上的增长速度，比如，军师领域的激光雷达、制导以及医疗、通讯、光盘等都开始应用半导体激光器。其涉及领域之广，扩展速度之快，应用价值之强，是被广泛认可的。近年来，随着信息科技的不断发展，人们对半导体激光器的性能要求越来越高，传统的半导体激光器在具体的实践应用当中已经表现出明显的不足之处。因此进行半导体激光器的研究，不短提升半导体激光器的现代化水平，具有重要的现实意义。 2半导体行业半导体器件是电子电路中必不可少的组成成分。半导体是人们为了生产生活需要,将两物质按照电学性质进行分类时确定的一个名称。它的导电性介于导体和绝缘体之间。半导体导电性能全是由其原子结构决定的。以元素半导体硅和锗为例,其原子序列分别是14和32,它们两个最外层电子数都是4。半导体具有自由电子和空穴两种载流子。而半导体的性质不同于导体和绝缘体,就是因为半导体拥有的载流子数目不同而载流子是能够运动的荷电粒子。电子和空穴都是载流子,它们相互运动即可产生电流。硅和锗是最为典型的元素半导体。 根据构成物质元素的不同,半导体可分为元素半导体和化合物导体,元素半导体由一种元素构成,化合物半导体由多种元素构成。而根据掺杂类型的不同,半导体可分为本征半导体、N型半导体和P型半导体;如果按照原子结构的排列规则不同,又可分为单晶半导体、多晶半导体和非晶态半导体。半导体行业具有技术密集、资金密集,高风险高回报和知识密集等特点。进入2010年以来,国家大力支持半导体行业的发展,2011年11月,国家税务总局和财政部联合发布了《关于退还集成电路企业采购设备增值税期末留纸税额》;2012年4月政府部门又发布了《关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展企业所得税政策的通知》;而于2014年,工信部又发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》。近几年,我国半导体行业发展速度超快,半导体产业逐渐呈现向大陆地区转移的新趋势,为我国各行业的发展带来设备国产化的发展机遇。而且政府政策大力支持半岛体行业的发展,大基金入场将会加速产业转型升级,成熟化发展。半导体具有掺杂特性、热敏性和光敏性三大特点。 3激光器顾名思义,激光器是一种能发射激光的装置。1954年,人们制成了第一台微波量子放大器;1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器的原理推广到光频范围;1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器;1961年A.贾文等人制成了第一台氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人制成了第一台半导体激光器;之后,激光器的种类就越来越多。一般而言,按工作介质分类,激光器可分为固体激光器、气体激光器、染料激光器和半导体激光器4大类。激光器的组成一般由3个重要部分构成,即工作物质、激励抽运系统、谐振腔。其中激光工作物质是一种激光增益的媒介,其原子或分子的能级差决定了激光的波长与频率。激光抽运系统是指为使激光器持续工作给予能量的源头,它实现并维持了工作物质的粒子数反转。光学谐振腔是激光生成的容器,有多种多样的设计方式是激光器设计的核心。 4激光器系统功能 4.1逻辑控制 系统通过操作面板实现逻辑控制,主要控制功能有3个。（1）内时钟工作:通过RS-422通信接口,向电源控制单元发射出光指令,工作频率可1-20Hz切换,同时通过LED反馈激光器工作状态。（2）外时钟工作:利用外部开关切换至外时钟,利用DSP外部中断接口检测外时钟。（3）自检功能:通过按压自检开关,触发激光器发射激光。 4.2高精度时序控制 激光器输出能量的大小和稳定性与激光电源的高精度时序是密不可分的,必须确保电源控制系统输出时钟的精度及稳定性。为实现μs级高精度控制逻辑,采用DSP控制芯片内置的PLL模块完成高精度时序控制,锁相环独有的负反馈和倍频技术可以提供高精度、稳定的频率,DSP 输入时钟30MHz,倍频到150MHz,时钟周期可达6.67ns。通过精确的技术方法,按照设计的延时产生所需的各路时钟,可以满足高精度的时序配置要求。 4.3恒流源驱动控制 激光器电源控制系统接收到激光发射的信号后,DSP输出12位数字信号,通过DAC1230芯片,将数字信号转换成相应的模拟参考电压信号。恒流源电路中的采样电阻R将通过泵浦模块的电流转换成相应的电压,经过F放大电路后,与参考电压进行比较,产生功率驱动信号,此信号控制功率管的开关。同时可通过DSP改变参考电压的大小,实现恒流源电流的调节。激光电源控制系统还可通RS-422通信接口,远程设置恒流源的电流和脉宽。 4.4温度控制系统 温度是影响激光器泵浦模块输出波长和泵浦效率的重要因素,故对泵浦模块进行控温是必不可少的。半导体激光器一般采用半导体热电致冷器进行控温,该制冷器具有无机械运动、无噪声、无污染、体积小、可靠性高、寿命长、制冷迅速、冷量调节范围宽及冷热转换快等特点。测温元件采用电流输出型温度传感器AD590,特点是工作直流电压较宽,一般为4-30V,输出电流为223μA(-50℃)-423μA(+150℃),灵敏度为1μA/℃。
紫外激光器研究进展及其关键技术
紫外激光器研究进展及其 关键技术 Last revision on 21 December 2020
紫外激光器研究进展及其关键技术 黄川 摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。 关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配 1、引言 因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。 一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。而利用激光二极管抽运的固体UV激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。 在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm 的紫外激光。下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。 2、非线性频率转换原理
激光快速成型技术研究现状与发展
激光快速成型技术研究现状与发展 摘要:快速成型技术是近年来制造技术领域的一次重大突破和革命性的发展,激光快速成型技术是其重要组成部分。本文介绍了激光快速成型技术的基本原理和特点,分析了有关工艺方法,讨论了LRP 技术的研究现状和应用,并展望其未来发展趋势。 关键词:激光快速成型;研究现状;发展趋势 1 激光快速成型技术原理和特点 80 年代后期发展起来的快速成型技术(RapidPrototyping ,RP) 是基于分层技术、堆积成型, 直接根据CAD 模型快速生产样件或零件的先进制造成组技术总称。RP 技术不同于传统的去除成型、拼合成型及受迫成型等加工方法,它是利用材料累加法直接制造塑料、陶瓷、金属及各种复合材料零件[1 ] 。以激光作为加工能源的激光快速成型是快速成型技术的重要组成部分,它集成了CAD 技术、数控技术、激光技术和材料科学等现代科技成果。激光快速成型(Laser Rapid Prototyping ,LRP) 原理是用CAD 生成的三维实体模型,通过分层软件分层,每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束,扫射液体,粉末或薄片材料,加工出要求形状的薄层,逐层累积形成实体模型。快速制造出的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、工程分析、市场订货及企业决策等,缩短新产品开发周期,降低研发成本,提高企业竞争力。以此为基础进一步发展的快速模具工装制造(Quick Tooling) 技术,快速精铸技术(Quick Casting) ,快速金属粉末结技术(Quick Powder Sintering) 等,可实现零件的快速成品。 激光快速成型技术主要特点: (1) 制造速度快、成本低, 节省时间和节约成本,为传统制造方法注入新的活力,而且可实现自由制造(Free Form Fabrication) ,产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关。[2 ] (2) 采用非接触加工的方式,没有传统加工的残余应力问题,没有工具更换和磨损之类的问题,无切割、噪音和振动等,有利于环保。 (3) 可实现快速铸造、快速模具制造,特别适合于新品开发和单件零件生产。 2 LRP 工艺方法 LRP 技术包括很多种工艺方法,其中相对成熟的有立体光固化(SLA) 、选择性激光烧结(SLS) 、分层实体制造(LOM) 、激光熔覆成形(LCF) 、激光近形制造(LENS) 。 (1) 光固化立体造型(SL —Stereolithography ,orSLA) 将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态光敏树脂逐点扫描,被扫描的树脂薄层产生光聚合反应固化形成零件的一个截面, 再敷上一层新的液态树脂进行扫描加工,如此重复直到整个原型制造完毕。这种方法的特点是精度高、表面质量好,能制造形状复杂、特别精细的零件,不足是设备和材料昂贵,制造过程中需要设计支撑。 (2) 分层实体制造(LOM—Laminated ObjectManufacturing) LOM工艺是根据零件分层得到的轮廓信息用激光切割薄材,将所获得的层片通过热压装置和下面已切割层粘合,然后新的一层纸再叠加在上面,依次粘结成三维实体。LOM主要特点是设备和材料价格较低,制件强度较好、精度较高。Helisys 公司研制出多种LOM工艺用的成型材料,可制造用金属薄板制作的成型件,该公司还开发基于陶瓷复合材料的LOM工艺。 (3) 选择性激光烧结(SLS —Se1ected LaserSintering) SLS 的原理是根据CAD 生成的三维实体模型,通过分层软件分层获得二维数据驱动控制激光束,有选择性地对铺好的各种粉末材料进行烧结,加工出要求形状的薄层,逐层累积形成实体模型,最后去掉未烧结的松散的粉未,获得原型制件。SLS的特点是可以采用多种材料适应不同的应用要求,而具有更广阔的发展前景。但能量消耗非常高,成型精度有待进一步提高。DTM
关于激光器研究(文献综述)
关于锁模光纤激光器的研究 前言 激光器，顾名思义，即是能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，大功率激光器通常都是脉冲式输出。2004 年，Idly 提出了一种自相似脉冲光纤激光器，同时为这种光纤激光器建立了一种数值模型。模型中采用非线性薛定谔方程（NLSE）描述脉冲在正色散光纤中的传输，引入了一个与脉冲强度相关的透过率函数将NPE 锁模机理等效成快速可饱和吸收体（SA）的作用0 模拟发现这种激光器输出的脉冲具有抛物线的形状和线性啁啾，能量可高达10nJ。随着自相似脉冲在实验上的实现，自相似锁模光纤激光器迅速成为超短光脉冲领域的研究热点。用Idly 模型对自相似锁模光纤激光器的研究不断取得新的进展。在此我将对激光和激光器的原理和基于原理而做出的进一步的相关研究（如被动锁模光纤激光器）做一个大致的探讨。
主题 激光器的原理 非线性偏振旋转被动锁模环形腔激光器的结构如图1所示, 激光器由偏振灵敏型光纤隔离器、波分复用器、偏振控制器、输出藕合器、掺yb3+光纤组成。其工作原理为从偏振灵敏型光纤隔离器输出的线偏振光,经过偏振控制器PCI(1/4 λ波片)后变为椭圆偏振光, 此椭圆偏振光可看成两个频率相同、但偏振方向互相垂直的线偏振光的合成, 它们在掺yb3+增益光纤中藕合传输时, 经过光纤中自相位调制和交叉相位调制的非线性作用, 产生的相移分别为 其中n1x 、n1y分别为yb3+光纤沿X、Y方向的线性折射率, n2、l分别为该光纤的非线性折射率系数和长度。 由于两线偏振光的相位差（ΔΦ=Φx-Φy）, 与两偏振光的光强有关, 适当调整光纤偏振控制器PC2（1/4 λ波片 +1/2 λ波片）, 使两偏振光中心
液碘实时汽化系统设计与研制
第３８卷第６期２００９年１２月 当代化工 ＣｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ Ｖ０１．３８．Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｈｅｒ。２００９液碘实时汽化系统设计与研制幸 王永振１．一，刘军２，郭勇ｓ，柳丽卿ｚ （１．西南科技大学制造科学与工程学院，四川绵阳６２１０１０；２．中国工程物理研究院应用电子学研究所，’四川绵阳６２１９００；３．四川大学化学工程学院，四川成都６１００６５） 摘要：碘蒸汽供应系统是化学氧碘激光器（ＣＯＩＬ）的一个重要组成部分，其作用是为ＣＯＩＬ提供碘蒸汽与单重态氧发生近共振传能，从而产生增益实现激光输出。现有的主流供碘系统遵循饱和原理，这样的供碘方式如果达到稳态输出的碘量，原则上碘池应该无限大，故传统的碘罐蒸汽发生器存在准备时间长，工作时间短，能耗高等缺点。新型液碘实时汽化碘蒸汽供应系统具有长时间大流量、体积小、流量输出稳定和加热准备时间短等优点，对今后新型碘蒸汽供应系统的设计提供了一个新的思路。 关键词：碘蒸汽供应系统；化学氧碘激光器；液碘实时汽化 中图分类号：ＴＱ１２４．６文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－０４６０（２００９）０６４）６４５－０４ 化学氧碘激光器（ｃＯＩＬ）由于其具有功率高、短波长、大气透过率高、光束质量高等优点，其研究得到了各国广泛的重视。随着ＣＯＩＬ的迅速发展，人们对ＣＯＩＬ实用化的期望越来越迫切，对ＣＯＩＬ单元器件的性能要求也越来越高。实用化的ＣＯＩＬ与传统实验室中的ＣＯＩＬ有很大的差别，前者不但对稳定性、可靠性、重复性要求较高，对ＣＯＩＬ单元器件的体积、质量、自动化程度、操作的便捷性以及长时间工作的稳定性要求也较高【１１。 碘蒸汽供应系统作为ＣＯＩＬ的一个重要组成部分，其作用是为ＣＯＩＬ提供碘蒸汽与单重态氧发生近共振传能，从而产生增益实现激光输出。随着ＣＯＩＬ朝着新型化轻量化方向的发展，对于实用化工程化的碘蒸汽供应系统的需求也随之增加。而现有的主流供碘系统采用一个较大的碘罐加热汽化来产生分子碘蒸汽（２１。这种碘蒸汽发生器采用类似稳压罐式供碘，它遵循饱和原理：对于一个密闭的碘池，在一定温度下系统也会达到一种平衡，即饱和，此时单位时间产生的气态碘分子数与单位时间气态碘蒸汽凝结为液态的分子数相等，达到碘在温度ｒ下的饱和蒸汽压刚。这样的供碘方式如果达到稳态输出的碘量，原则上碘池应该无限大。故传统的碘罐蒸汽发生器存在准备时间长，工作时间短，能耗高等缺点。另一种方式是供碘方式是通过增加有效蒸发面积的方式提高碘蒸汽的蒸发量［５１，器件内部采用具有转动部件的甩盘薄膜蒸发方式，蒸发面积可以通过盘片数进行控制和调节。但是随着ＣＯＩＬ的发展，该类型碘罐仍显得体积过大，所需的加热功率和准备时间较长。目前的盘片薄膜蒸发碘蒸汽供应系统虽然可满足长时间稳定输出的需要［ｑ，但是由于碘蒸汽蒸发系数较小，所需的盘片蒸发面积较大。因此，对于更高要求激光器而言，该系统的体积过大，不适于ＣＯＩＬ的发展需要。 综上所述，为适应ＣＯＩＬ的发展需求，有必要开展新型碘蒸汽供应系统的设计研制。 １工艺路线及系统结构 １．１工艺流程 根据激光器的实际需求，可确定该系统的主要技术指标如下： 基金项目：国家计划资助项目 。收稿日期：２００９—０９—２６ 作者简介：王永振（１９７６－），男，主要从事化学氧碘体激光器研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｙｚｈ７１６＠ｙａｈｏｏ．ｃ，ｏｎｌ．ｏｌ。万方数据