面向发动机点火的、高峰值功率多光束脉冲激光器

The problem in environmental pollution such as fog haze that occurred recent years is seriously affecting people's quality of life and health. Vehicle emission is believed to be an important factor of urban air pollution, and reducing automobile exhaust becomes imperative. Laser ignition based on multiple-beam laser has great potential to replace the conventional electric spark plugs in engines that are required to operate under much higher compression ratios, faster compression rates. It could enable engines of next generation to avoid problems such as early flame quenching, misfire, and reducing NOx emissions. Multiple laser can also be used in laser space detection and laser processing to promote their performance.It is of great significance to develop lasers with multiple output. In this project,we will set up an end pumped arrayed-output Nd:YVO4 laser in which the collimated pumping light is splitted into 2×2 array by a Dammann grating and thus forms four independent pumping areas in one single laser crystal.The Dammann grating will be used in solid-state laser for the first time to construct a mult-beam laser with a simple and compact structure which could be used in many fields, and at the same time,this project will also further promotes the development of the dammann grating itself..

近年来，多地出现的雾霾天气严重影响了城市居民的生活质量和身体健康，来自各类车辆的尾气排放是造成城市大气污染的重要因素。控制尾气排放成为当务之急，基于多光束激光器的多点激光点火技术，可以使新型发动机在提高燃油利用率的基础上，进一步提高激光点火稳定性、提升发动机效率并减小NOx排放量。此外，多光束输出的激光器在空间激光测高,多光束激光加工等领域中也有潜在应用价值，可以大幅度提高生产效率。因此，多光束激光器的研究有重要意义。申请人将采用2×2点阵的达曼光栅把准直后的泵浦光分为四束，使其聚焦后产生四个分离的焦点，然后投射到激光晶体上形成四个增益区域，用来产生2×2多光束激光输出。该项目首次将达曼光栅应用于固体激光器领域，具有结构简单紧凑、便于实现等优点，既能满足多个领域对多光束的需求，又可促进达曼光栅技术的发展。

多光束激光因其潜在的应用前景受到人们的广泛关注。在应用于晶圆切割时，多光束激光可以减少晶片局部热负荷的沉积，并能提供高的材料去除率和优质的切割质量。对于空间测高，多光束激光可以扩大沿轨道覆盖范围，适合于高分辨率探测，且无数据混叠。激光导星系统中的多光束激光投影既可以满足成本要求，也可以提高天空覆盖率等性能问题。另外，多光束激光还可以应用于发动机多点激光点火，替代传统电火花塞，可以有效提高发动机效率。.1. 研究了固体激光器中的热效应及其对激光器输出性能的影响，进一步通过数值计算模拟了单点泵浦和2x2点阵泵浦Nd:YVO4激光器时激光晶体内部温度的分布，以及其产生的光程差及相应的热透镜焦距，比较了单点泵浦和2x2点阵泵浦结构下激光器输出特性的差异。.2.首次实验实现了基于达曼光栅阵列泵浦的2x2点阵Nd:YVO4激光器并获得连续输出。通过引入达曼光栅将来自808nm二极管激光器的输出光转换为2x2泵浦阵列，然后利用该阵列泵浦置于单个平-平腔中的单块Nd:YVO4激光晶体，获得了2x2阵列的连续激光的输出。在泵浦功率为6.22W时，该激光器斜坡效率为18.4%，获得的四个光束的总功率为800mW。在此基础上我们进一步调节泵浦点阵之间的距离d，实验中观察到所获得的阵列输出光束存在相位锁定现象，通过实验和理论解释了2x2点阵激光束彼此之间的相位锁定现象。.3.实验研究了1x2点阵输出的被动调Q Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器，获得高峰值功率、短脉冲的1x2阵列激光输出。通过达曼光栅对泵浦光分光后实现了1x2阵列泵浦，最终获得激光器输出平均功率为 204 mW，脉冲的宽度为 585 ps，脉冲的重复频率为 7.9 kHz，输出脉冲的峰值功率为 44.1 kW点阵脉冲。.4.申请国内发明专利2项,已授权1项； .5. 发表SCI论文3篇, 中文EI论文1篇；.6. 课题组成员参加国际会议1次；.7. 形成一支新型激光器的专业研究团队，目前研究队伍中副研究员一名，在读硕士研究生4名，在读博士研究生1名，已毕业硕士研究生6名，毕业博士生2 名。

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