上海光机所磁悬浮、光驱动转盘激光器研究取得突破
近期，上海光机所信息光电实验室李建郎研究员课题组成功研制磁悬浮、光驱动旋转的盘片固体激光器，这标志着一种新型激光技术的诞生。
固体激光器中的废热累积会严重影响激光器的性能。通过转动激光增益介质盘片可以有效的减少其内部的热累积，显著提高激光器的功率和光束质量。在现有的转盘激光器中，增益介质盘片的旋转采用电驱动（马达）等方式，需要额外的伺服系统克服增益介质的摇摆，这导致激光器结构比较复杂。其次，反磁材料（比如热解石墨）因具有负的磁化率，在外磁场环境下会产生反向磁场，在室温时形成磁悬浮。当激光束照射到处于磁悬浮状态的热解石墨薄片的边缘位置，热致磁导率的局部变化形成转动力矩，导致热解石墨薄片转动。此种基于磁悬浮的光驱动旋转易于精确控制，且具有良好的稳定性。
以此为背景，课题组将转盘激光器技术和磁悬浮光驱动旋转技术相结合，提出磁悬浮、光驱动旋转激光器的概念。该方案通过反磁性材料将激光增益介质盘片悬浮在磁场中，激光增益介质吸收入射泵浦光的部分功率，剩余（未吸收）泵浦光到达反磁性材料表面提供旋转所需的能量。在实验研究中，科研人员将热解石墨片和直径为15mm、厚度为0.5mm的Nd:YAG晶体一起放置于钕铁硼永磁体的上方，悬浮高度约为1mm。Nd:YAG晶体的上下表面均镀有介质膜以形成谐振腔。采用808nm的半导体激光器泵浦该激光晶体，在悬浮体重量过重的情况下在其侧面辅助以气体来推动转动。在泵浦光功率为450mW、悬浮体的旋转频率为4Hz时，获得了功率17.7 mW、斜坡效率为8.3%的基横模激光输出，激光光束亮度高。相关研究工作被Chinese Optics Letters杂志封面报道
[ Chin. Opt. Lett., 13,121403 , 2015]。
该研究工作利用剩余（未吸收）泵浦光驱动磁悬浮的热解石墨旋转的方式，有效地抑制了激光晶体中废热的影响，从而获得了高亮度的激光输出。随着对悬浮体（包括激光增益介质和反磁性材料）的进一步优化，磁悬浮、光驱动旋转的盘片激光器将变得更加现实，且有望在高功率激光器和平面波导激光器两个方面取得新突破。磁悬浮、光驱动转盘激光器相关研究已经申请国家发明专利。（信息光学与光电技术实验供稿）
图1. 磁悬浮转盘激光器实验装置示意图
图2. 磁悬浮结构的实物照片
 文章评论
上海光机所知识创新简报（第三八六期）2015年12月8日上海光机所EUV和X射线波段的三维阵列成像研究取得进展 上海光机所高功率激光物理联合室实验室张军勇课题组首次将古希腊梯子映射到纳米结构中，以解析的数学形式完整描述了三维阵列焦点成像的方法，通过数论解决了结构设计的初始化问题。 在特定条件下， ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三八四期）2015年10月13日上海光机所在硅酸盐全固态光子晶体光纤研究方面取得进展 上海光机所高功率激光单元技术研发中心利用自行制备的1.2wt%钕离子掺杂的N0312型号高质量硅酸盐玻璃和其他商用的未掺杂硅酸盐玻璃，通过理论设计模拟，最终利用管棒法和堆积法相结合的方法 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三八五期）2015年11月24日中科院上海光机所研制成功5拍瓦超强超短激光放大系统 近日，上海光机所强场激光物理国家重点实验室研制成功5拍瓦（1拍瓦=1015瓦）超强超短激光放大系统，这是迄今国际最高峰值功率的激光放大系统，为研制10拍瓦超强超短激光装置奠定了重要的技术基 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三八三期）2015年10月13日上海光机所薄膜损伤机制研究取得新进展 高功率激光系统的输出水平与薄膜元件的抗激光损伤能力密切相关。薄膜元件的抗激光（纳秒脉冲激光）损伤能力主要受限于薄膜中各种类型的缺陷，缺陷包括来源于基底、膜层以及镀膜后各个环节的缺陷。随着镀膜工艺的进步， ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三八一期）2015年9月30日 上海光机所召开学术委员会暨技术委员会联席会议研讨研究所“十三五”科技发展规划 9月28日，上海光机所第九届学术委员会暨第六届技术委员会第七次联席会议在溢智厅召开。上海光机所所领导、两委会委员、研究室与机关部门负责人参加会议。会议由学术委员 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三八二期）2015年10月13日上海光机所激发态氩原子高次谐波产生研究取得进展 中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室激发态氩原子高次谐波产生研究取得进展。科研人员在氩气中利用介质激发态实现了增强高次谐波的产生。实验中采用泵浦探测方案（图1），具有一定椭偏度的泵浦光将 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所基于广义Fibonacci结构的三维阵列焦点成像研究取得进展上海光机所高功率激光物理联合室实验室张军勇副研究员等首次将广义Fibonacci家族引入到纳米结构中，以解析的数学形式描述了任意数目和任意位置的轴上焦点的正逆设计方法，并在提出的衍射光学杠杆效应基础上进一步实现了单一平面衍射光学元 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三八〇期）2015年9月15日上海光机所神光II数PW激光联机实验取得重要进展 为拓展神光II激光装置未来提供物理实验的能力，上海光机所高功率激光物理联合实验室于2014年中期，依托神光II装置八路中的一束和神光II第九路激光，采用全OPCPA技术设计了数PW的超短脉冲激 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三七八期）2015年7月13日神光驱动器升级装置八路纳秒激光系统成功完成首轮物理磨合实验 由上海光机所高功率激光物理联合实验室研制的神光驱动器升级装置八路纳秒激光系统于6月1-30日完成了首轮物理磨合实验，国内两支相关物理研究团队利用这一实验平台顺利开展物理打靶实验研究工 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06上海光机所知识创新简报（第三七九期）2015年7月24日 上海光机所二维半导体非线性光学研究取得多项突破 过渡金属硫化物二维纳米材料是继石墨烯后又一类重要的二维半导体纳米材料，特别是其可见到近红外波段的可调谐带隙特性在开发新型光电功能器件方面具有独特优势。然而，该类半导体带隙的层数依赖特性对其非 ... 上海光学精密机械研究所 上海光学精密机械研究所 免费考研网 2018-05-06
|
