高亮度任意波形脉冲激光理论与关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61875100
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0506.激光
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Precise control of laser characteristics in time domain is of increasingly demanding, especially in areas such as laser micro-nano machining, laser radar and the National Ignition Facility (NIF). Parameters such as the pulse repetition rate (PRF), pulse duration, pulse amplitude are required to be adjusted as the users like. Besides, pulsed laser with desired pulse shapes, such as flat-top waveform and chair-like pulse shape, is of significance. Moreover, laser sources with both high brightness and arbitrary waveforms is in great demand to explore the interaction between laser and matter. As to the traditional Q-switched lasers, the pulse shape is Gaussian-like and could not be adjusted conveniently. This project proposes a solution to realize the arbitrary waveform output for a solid-sate MOPA laser. The MOPA laser is seeded by a semiconductor laser, which could be easily modulated to change the parameters in time domain. Two cascade fiber amplifiers are employed to boost the small signal from the semiconductor laser, taking advantage of high gain of the fiber amplifier. Finally, the output power is scaling up through three Nd:YVO4 amplifiers, with good beam quality. By solving the inverse problem of amplifiers, the input pulse shape and average power of the MOPA system are obtained. Arbitrary waveforms are then realized for the MOPA system, as well as adjusted PRF and pulse duration and good beam quality resulting from combined guidance effect. Finally, the process of nonlinear-coupling is studied to realize the second harmonic generation with arbitrary pulse shapes. This project will detail investigate the pulse distortion in laser amplifiers and break through the technical bottleneck in pulse shape control, solution of inverse problem, generation of arbitrary waveforms and efficient amplification of small signal. It is of very important theoretical research sense and practical application value to study and control the pulse parameters in laser amplifiers.
激光精密微纳加工、激光雷达、国家点火装置等领域对激光的时域特性要求越来越苛刻,不仅仅希望重复频率、脉宽参数、幅值可调,也提出平顶脉冲、“h”形脉冲等需求,甚至需要实现任意波形脉冲激光输出。传统的调Q激光器,脉冲波形呈高斯形状,难于调节。本项目提出了半导体/光纤/固体三模混合种子放大方案,充分发挥了半导体激光器易于调制的优点,光纤放大器超强的小信号放大能力以及固体放大器的功率提取能力。提出了通过求解放大器逆向问题的输入波形及功率参数,利用本项目组提出的激光放大复合导引效应,在实现激光重频和脉宽独立可调节的同时,获得任意波形(超快激光包络)的高亮度输出。最后还将研究任意波形脉冲激光的非线性耦合过程,实现任意波形的倍频激光输出。本项目将突破激光放大过程中波形控制、逆向问题求解、微弱信号高效放大、任意波形产生、突发模式脉冲串等关键技术,对于脉冲激光时域特征研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

结项摘要

激光精密微纳加工、激光雷达、国家点火装置等领域对激光的时域特性要求越来越苛刻,不仅仅希望重复频率、脉宽参数、幅值可调,也提出平顶脉冲、“h”形脉冲等需求 ,甚至需要实现任意波形脉冲激光输出。传统的调Q激光器,脉冲波形呈高斯形状,难于调节。本项目提出了半导体/光纤/固体三模混合种子放大方案,充分发挥了半导体激光器易于调制的优点,光纤放大器超强的小信号放大能力以及固体放大器的功率提取能力。建立了放大器小信号增益的三维模型,数值分析了各个因素对小信号增益的影响,实验上开展了半导体/光纤/固体混合放大MOPA激光实验。实现了重频及脉宽大范围独立可调的高峰值功率、高功率的近基模脉冲激光输出;研究了放大器中实现任意波形输出的实验及理论方法,指出放大器波形预补偿问题的关键在于放大器的初始增益;利用可编程种子源,补偿了多级放大器的脉冲畸变,成功得到了多种常用波形;将此理论方法应用到产生目标包络形状的突发模式激光中,产生了内突发重频为40 MHz,外突发重频为100 kHz和40 kHz的脉冲串输出;提出了利用弱反馈实现亚纳秒窄脉冲方法,理论分析了无腔及弱反馈结构下脉冲固体激光的输出特性,实验测得弱反馈条件下的脉冲宽度为550 ps,仅为1.50倍的往返渡越时间,验证了无腔及弱反馈实现亚纳秒窄脉冲输出特性理论的正确性;还探索了亚纳秒MOPA系统在突发模式激光输出特性,内突发重频达到80 kHz时仍保持脉冲宽度小于500 ps,实验中还观察、统计与分析了高增益条件下的谐振腔光学怪波现象,指出了横模拍频在触发光学怪波中的作用。本项目突破了激光放大过程中波形控制、逆向问题求解、微弱信号高效放大、任意波形产生、突发模式脉冲串等关键技术,对于脉冲激光时域特征研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Index-Tunable Structured-Light Beams from a Laser with an Intracavity Astigmatic Mode Converter
来自具有腔内像散模式转换器的激光器的折射率可调谐结构光束
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.14.044048
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW APPLIED
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Pan Jing;Shen Yijie;Wan Zhensong;Fu Xing;Zhang Hengkang;Liu Qiang
  • 通讯作者:
    Liu Qiang
Pushing the limit of pulse duration in Q-switched solid-state lasers with high gain
突破高增益调Q固体激光器脉冲持续时间的极限
  • DOI:
    10.1016/j.optlastec.2020.106276
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Optics and Laser Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Ye-Wen Jiang;Mingming Nie;Rui Guo;Xing Fu;Qiang Liu
  • 通讯作者:
    Qiang Liu
High energy LiDAR source for long distance, high resolution range imaging
高能 LiDAR 源可实现长距离、高分辨率范围成像
  • DOI:
    10.1002/mop.32650
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Wiley
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yewen Jiang;Jiang Yang;Peilin Li;Hanying Si;Xing Fu;Qiang Liu
  • 通讯作者:
    Qiang Liu
Transmission matrix-based phase correction for optical systems
光学系统基于传输矩阵的相位校正
  • DOI:
    10.1364/ol.469051
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Kaige Liu;Hengkang Zhang;Zeqi Liu;Bin Zhang;Xing Fu;Qiang Liu
  • 通讯作者:
    Qiang Liu
Acousto-optically Q-switched cavityless weak-feedback laser based on Nd:GdVO4bounce geometry
基于 Nd:GdVO4bounce 几何结构的声光调Q无腔弱反馈激光器
  • DOI:
    10.1364/ao.58.004701
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Optics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Rui Guo;Qiang Liu;Mali Gong
  • 通讯作者:
    Mali Gong

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    --
  • 作者:
    王立鼎;娄志峰;柳强;翟仁文
  • 通讯作者:
    翟仁文

其他文献

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柳强的其他基金

波-迹几何激光的定制化产生与识别
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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