高功率倍频激光扫描机的研究

　　篼功率倍频激光扫描机的研究秦军李正佳朱长虹陈殊殊张胜良（华中理工大学激光研究院武汉430074）阐述了高功率（20W）可见激光（0.532"m）扫描系统的研制方案单楠圆柱聚光腔常用于小功率的激光系统中，在此基础上研究并实现了双椭圆柱聚光腔技术，大大提篼了激光的输出功率本文通过性能测试），泵浦灯发射的光子经椭圆反射面一次反射即可大部分会聚到晶体激光棒上。为减少像差，提高聚光效率，椭圆柱设计了较大的横向尺寸。

　　当激光氪灯和晶体激光捧平行对称地放置在椭圆柱腔的焦线和柱壁之间时，由几何光学分析表明，椭圆长轴上焦外任一点发出的光线，经椭圆镜反射后必交于另一端焦外的长轴上。利用光线在椭圆上的多次反射，并多次通过晶体激光棒，以达到较高能量输出。因此，椭圆腔的反射率对传输效率影响很大，只有高反射率才有可能得到高的传输效率。

　　单椭圆柱聚光腔的单灯泵浦在晶体激光棒横截面中的光照一般是均匀的，但受一只氪灯的负载能力限制，其激光输出能量也有限，这就是小功率固体激光器单椭圆柱聚光单椭圆柱形聚光腔虽然有较高的传输效为提高聚光腔内的反射率，有效增强其传输效率，则必须采用多灯泵浦，即采用局部楠圆柱的组合式双灯泵浦方。这种组合方式是：各椭圆柱的一个焦线相互重合，晶体激光棒就置于这公共的焦线上，而两只氪灯分别放在各椭圆柱的另一焦线上。尽管每一椭圆的工作表面均被截去部分，但两只氪灯串接，所承受的注入电功率能量却大大提高，晶体激光棒横截面受双灯光照更加均匀。这样，在双椭圆柱聚光腔中泵浦光源的辐射能量最大限度地传输到激光工作物质上去，以获得更高的激光能量输出。

　　由单椭圆柱聚光腔改成双椭圆柱聚光腔后，氪灯在承受相同直流电流电压作用下，其激光输出功率则大大提高，达到了设计输出20W可见激光的运行指标，满足了激光夜空扫描的技术要求。

　　2.2数据测试我们对单椭圆柱聚光腔及双椭圆柱聚光腔的实验数据分别进行了测试（见表1和图表1单椭柱聚光腔与双椭圆柱聚光腔实验数据对比腔形注入直流电压直流电流输出功率转换效率夜空激光射程双椭圆聚光腔100从表1我们可以看出，注入单灯的直流电压为100130V，而串接双灯为100260V；流过每只氪灯的直流电流都是6ISA.根据电学理论中的电流（Kirchhoffscurrentlaw）及电压理论（Kirchhoffsvoltagelaw）计算得知，每只氪灯所注入的电功率是相同的。因此，双椭圆聚光腔中双氪灯泵浦激光能量显然大大高于单椭圆聚光腔中的一只氪灯，从而有效地提高了传输效率。

　　放电电流与输出功率曲线从我们更清晰地看出，双椭圆聚光腔中串接的双灯放电电流与单椭圆聚光腔中单灯放电电流处于相同值时，双椭圆聚光腔泵浦的激光输出功率远大于单椭圆聚光腔。

　　综上所述，通过表1的测试数据及的曲线充分证明双椭圆聚光腔泵浦‘性能的优势。双椭圆聚光腔泵浦激光输出功率是单捕圆柱聚光腔的4倍，20W的可见倍频激光夜间光束的射程可达到7.5km，即方圆15km内的都市区域都可欣赏到纯正的倍频可见激光光束。双椭圆聚光腔的激光输出功率、转换效率和激光射程都优于单椭圆聚光腔。

　　结束语倍频激光空间扫描机的研制，是充分利用激光方向性好、能量集中、能见度高、光色纯正等优点。这一新的研制成果，展示'了可见激光的应用前景，显示出我国激光高科技的先进水平及应用领域里的强大实力。

　　该激光扫描系统可用于大型庆典活动、焰火晚会，以天空、烟雾、喷水水幕为背景，2李正佳，朱长虹。激光生物医学工程基础。武汉华中理工大学出版社，1998韩曼生等。奋发进取的激光二十四年。激光技秦军，李正佳，朱长虹。双波长KTP/YAG激光器及其控制系统。光电子激光，1998，9（5）：385~387秦军，韩宗芬，秦啸，张艳莉。医用Nd：YAG激光器的计算机控制系统。华中理工大学学秦军，秦啸，张艳莉。医用Nd：YAG激光控制系统的对象模型。激光技术，1999，徐启明。激光基础。武汉：华中理工大学出版在计算机控制下，进行各种光柱、图案及文字扫描。激光光束扫描图案及文字的出现，3更能烘托出节日庄严喜庆的气氛。同时，也让都市群众感受现代高科技应用技术已经贴近4自己的生活。此外，该激光扫描系统发射出的可见强激光光束，也可用于机场飞机起降5和港口船舶的导航，以代替传统的可见度低6的探照灯光，成为全天候的指示激光光源。

　　下一步我们的研究课题是，针对上述激光扫描机的自动控制系统进行探讨。7