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1、激光器輸出功率與能量 美國海軍成功試射海上激光炮擊毀目標(biāo)船只http:/ 美國諾斯洛普-格魯曼公司與美國海軍共同研發(fā)“海洋激光示范者”(MLD)海上激光炮。2011年04月12日07:40來源：中國新聞網(wǎng) http:/ 據(jù)香港文匯報(bào)11日報(bào)道，美國海軍月初在海上試射激光炮，成功擊毀一艘目標(biāo)小船，專家稱這是美國海軍發(fā)展新一代海上激光武器的重要里程碑。預(yù)計(jì)激光炮最快2014年6月完成研發(fā)。激光炮名為“海洋激光示范者”(MLD)，由美國國防工業(yè)公司諾斯洛普。格魯曼與海軍共同研發(fā)。激光炮使用固體激光器技術(shù)，通過類似水晶的固體作為激光介質(zhì)，將15千瓦(kW)的能量聚集，用于攻擊目標(biāo)。美國海軍本月6日在圣
2、尼古拉斯島附近的太平洋海域試射，自衛(wèi)試驗(yàn)艦“福斯特”號利用一臺安裝在甲板上的激光炮，向移動中的無人駕駛目標(biāo)小船發(fā)射。小船“中炮”起火焚燒，其后被火焰吞噬。 視頻截圖：被美海軍激光炮擊毀的無人快艇MLD開發(fā)人員指出，MLD和其它激光武器除了可以攻擊海上目標(biāo)，還可以打擊飛機(jī)或岸上目標(biāo)。去年7月，美國海軍便在同一試射地點(diǎn)首次試射艦載激光炮，在2英里外擊中4架時(shí)速300英里的無人機(jī)。MLD甚至可以攻擊巡航導(dǎo)彈，但所需能量將達(dá)數(shù)百千瓦。 在密集陣基礎(chǔ)上發(fā)展的”百人隊(duì)長“激光器，但美國海軍激光武器計(jì)劃繁多，尚未清楚此次海上擊毀快艇試驗(yàn)的激光器源于哪個(gè)項(xiàng)目。 每秒射穿6米鋼材料除了MLD等固體電子激光器，美
3、國軍方同時(shí)研發(fā)以自由電子激光器(FEL)技術(shù)作為激光武器。FEL不需任何激光介質(zhì)，就能產(chǎn)生千瓦級能量。美軍2月曾測試FEL激光炮，成功利用50萬伏特電壓制造電子束，每秒能射穿20呎(約6米)的鋼材料。分析認(rèn)為，F(xiàn)EL比MLD更靈活，但海軍預(yù)計(jì)最快要到本世紀(jì)20年代才能正式推出以兆瓦(MW)為單位的FEL武器。此外，海軍也正在研發(fā)電磁道道炮，但要到2025年才能推出。 內(nèi)容提要連續(xù)或長脈沖激光器的輸出功率短脈沖激光器的輸出功率馳豫振蕩效應(yīng) LD的基本知識不同的泵浦方式 （一）激光器穩(wěn)態(tài)工作的建立如果腔內(nèi)某一振蕩模式的頻率為q，開始時(shí)，由于tq gIg q ),( , 腔內(nèi)光強(qiáng)Iq逐漸增加，同時(shí)由
4、于飽和效應(yīng)，g(q,Iq) 將隨Iq的增加而減少，但只要g(q,Iq) 仍比gt大，這一過程就將繼續(xù)下去，即Iq 繼續(xù)增加， g(q,Iq) 不斷減小，直到 lgIg tq q ),( ,增益和損耗達(dá)到平衡， Iq不再增加。這時(shí)，激光器建立了穩(wěn)定工作狀態(tài)。 當(dāng)g0()gt時(shí)，dNl/dt0，腔內(nèi)光強(qiáng)不斷增加。無限增加? 當(dāng)外界激發(fā)作用增強(qiáng)時(shí)，小信號增益系數(shù)g0()增大，此時(shí)Iq必須增大到一個(gè)更大的值才能使g(q,Iq) 降低到gt并建立起穩(wěn)定工作狀態(tài)，因此激光器的輸出功率增加。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的大信號增益系數(shù)總是等于gt 。結(jié)論：在一定的激發(fā)速率下，即當(dāng)g0()一定時(shí)，激光器的輸出功率保持恒定；當(dāng)外
5、界激發(fā)增強(qiáng)時(shí)，輸出功率隨之上升，但在一個(gè)新的水平上保持恒定。 （二）連續(xù)或長脈沖激光器的輸出功率1、均勻加寬單模激光器?腔內(nèi)平均光強(qiáng)Iq 在駐波型激光器中，腔內(nèi)存在著沿腔軸方向傳播的光I+和反方向傳播的光I-，二者同時(shí)參與飽和作用如果T1，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)增益系數(shù)也很小，近似認(rèn)為I+=I-，腔內(nèi)平均光強(qiáng)Iq=2 I+。穩(wěn)態(tài)情況下， 0 ( )1 ( )qH qs qg I lI 求得腔內(nèi)平均光強(qiáng)為0 ( )( ) 1 q H qs q g lI I ( , )qH q tg I g ?輸出功率設(shè)激光束的有效截面面積為A，則激光器的輸出功率為0 ( )1 ( ) 12 H qs q g lP ATI
6、ATI 1）在T1時(shí)， ，a為往返指數(shù)凈損耗因子，通常a1。上式改寫為aT2 02 ( )1 ( ) 12 H qs q g lP ATI a T 問題：損耗增加，泵浦閾值和輸出功率如何變化？ 2）光泵激光器 Pp及Ppt分別為工作物質(zhì)吸收的泵浦功率及閾值吸收泵浦功率，S為工作物質(zhì)橫截面面積0 ( )H q pt ptg Pg P 0 1 ( 1)2 Pptp ptA PTP PS P ( ) ( 1) ps p pt s pt ptPP P P P P s稱為斜率效率結(jié)論：一旦激光器確定了，斜率效率就確定了；輸出功率隨泵浦功率線性增加。問題：輸出功率與泵浦功率、損耗、工作物質(zhì)長度有什么樣的關(guān)
7、系？耦合系數(shù)：0=T0/2 3）最佳透射率及功率輸出功率和反射鏡的透射率T有關(guān)。當(dāng)T增大時(shí)，一方面提高了透射光的比例，有利于提高輸出功率，同時(shí)又使閾值增加，從而導(dǎo)致腔內(nèi)光強(qiáng)的下降。在透射率T1時(shí)，令dP/dT=0，求出最佳透過率Tm 02 ( )m H qT g la a 最佳輸出功率0 21 ( )( 2 ( ) )2m s q H qP AI g l a （三）短脈沖激光器的輸出能量1 00 2 1( ) ( )p t p ptp pEA AE h n V E ES h S 內(nèi))( ptps EEE Ep及Ept分別為工作物質(zhì)吸收的泵浦能量及閾值泵浦能量，s稱為斜率效率1 2 VnhE t
8、PPt 腔內(nèi)光能部分變?yōu)闊o用損耗，部分經(jīng)輸出反射鏡輸出到腔外。設(shè)諧振腔由一面全反射鏡和一面透射率為T的輸出反射鏡組成，則輸出能量為0 1 ( 1)2 pptp ptEA TE ES E 小結(jié)：均勻加寬單模激光器輸出功率：02 ( )1 ( ) 12 H qs q g lP ATI a T )( ptps EEE T10E4h，脈沖10E9次波長 630680nmAlGaInP 770990nmGaAlAs 9001000nmInGaAs模塊化價(jià)格高 基本結(jié)構(gòu) 三、二極管線陣和陣列條線陣 陣列條 面陣封裝 光纖耦合半導(dǎo)體激光器 此LD陣列上有10個(gè)bar條，每個(gè)bar條長10mm。bar條間距1.6mm。10個(gè)bar條共寬16mm。慢軸（10mm）方向的發(fā)散角為10，快軸發(fā)散角40， 光譜與重復(fù)頻率、電流關(guān)系 二極管激光泵浦耦合技術(shù)一、泵浦方式1、端面泵浦2、側(cè)面泵浦3、基于內(nèi)反射的泵浦構(gòu)型二、耦合光學(xué)系統(tǒng) 一、泵浦方式1端面泵浦 2側(cè)面泵浦 3基于內(nèi)反射的泵浦構(gòu)型 二、耦合光學(xué)系統(tǒng) 直接側(cè)面泵浦 使用柱透鏡耦合的側(cè)泵浦 透鏡管道端面泵浦 Thanksverymuch!
激光器輸出功率與能量
