高功率全固态激光相关基础科学问题研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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高功率全固态激光相关基础科学问题研究

项目名称：高功率全固态激光相关基础科学问题研究
项目类别：重大项目
批准号：60890200
申请代码：F050604
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2009-01-01-2012-12-31

项目负责人：周寿桓
负责人职称：研究员
依托单位：四川大学
批准年度：2008

中文摘要：

针对高功率全固态激光的发展现状和国家安全及前沿科学研究的应用需求，开展激光材料、原理方案、关键技术等方面的基础研究，运用如热容、非线性等核心原理和措施，解决全固态高功率激光的"三高"问题，突破全固态激光高功率化的发展瓶颈和光束时间、空间、频谱的控制技术；建立高平均功率全固态激光创新性实验平台，实现平均输出功率P>10kW，光束质量因子β<6的全固态激光输出；研制大于100 GW的中红外激光技术集成系统，实现国际领先水平的高峰功率、高亮度、宽可调谐范围的技术性能；实验演示对红外材料和传感器的相互作用效应。为实现更大功率可定标放大能力的固体激光输出奠定坚实的基础，促进全固态激光与其相关学科在这一领域的主要研究方向的交叉、融合和相互渗透，提高原始创新能力和国际影响力，为相关前沿科学研究项目提供科学依据和技术支撑。

中文主题词：高平均功率激光；高峰值功率激光；光束质量因子；可调谐中红外；非线性光学

英文摘要：

High average power laser；hogh peak power laser；beam quality；tunable mid-infrared；nonlinear optics

英文主题词： High average power laser；hogh peak power laser；beam quality；tunable mid-infrared；nonlinear optics

结论摘要：

项目组圆满完成了申请书规定的研究内容，部分指标远远超过了预期的标志性成果技术指标。取得了如下主要成绩(1) 提出了一种悬浮式复合薄片激光创新热管理方案，国内首次采用该方案实现单片1.9 kW、光-光效率约33%激光输出。(2) 完成了50 kW大功率LD泵浦源及耦合系统的优化设计及装调，提出在非稳腔内采用相位板补偿激光介质静态畸变，并在国内首次开展了实验验证。(3) 提出改进的Mach-Zehnder点衍射干涉仪(M-Z/PDI)和环形共光路点衍射干涉仪(CCP/PDI)，建立了基于CCP/PDI的激光光束质量表征系统；国内首次验证了波前过采样实时共轭波面重构技术，验证了自适应主动闭环校正方法对于改善高平均功率全固态激光光束质量的有效性。(4)采用非热稳定大模体积非稳腔技术和热容激光方案，实现了输出功率12.1 kW、光束质量5.35倍衍射极限的技术指标。采用多路板条激光放大方案，单链放大光路获得了11 kW激光输出，光束质量β﹤4.7，超过了本项目预定的标志性成果技术指标（P>10 kW、 β<6），并且突破性地实现了万瓦级高平均功率激光器连续工作时间超过100 s。进一步采取3链光路合束，输出功率可达到25.9 kW，且连续工作时间超过100 s。(5）创新性提出了掺杂纳米晶量子点激光新概念，完成理论模拟、材料体系设计、制备工艺研究、微腔理论计算、激射实验及表征等，实现了常温下激光输出，为国际首创。（6）基于自主开发的中红外石墨烯可饱和吸收镜，成功实现了2 μm波段的Tm:CLNGG激光锁模，这是石墨烯锁模的最长波段。（7）考核验证了飞秒OPA结合非共线OPCPA的独特技术路线，飞秒OPA实现了2.0—4.5 μm的大范围调谐，首次实现中红外高功率OPCPA的波长可调谐（3.2—3.9 μm）。（8）成功实现中红外啁啾脉冲放大输出最高29.5 mJ，高于当前国际报道的指标，光束质量3倍衍射极限。实现国际最高的中红外功率119.4 GW。（9）示范了中红外超快激光在高效激发THz波和信噪比单次测量方面的独特价值。国家发明专利授权/申请34项（美国专利授权/申请4项），发表SCI论文95篇、EI论文39篇，获省部级二等奖2项，培养毕业博士研究生28名、毕业硕士研究生29名。

成果综合统计