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人工晶体学报 ›› 2022, Vol. 51 ›› Issue (9-10): 1560-1572.

• 综合评述 • 上一篇    下一篇

高功率激光与“超热导”激光晶体

张振1, 樊仲维2, 苏良碧1   

  1. 1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 200050;
    2.中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
  • 收稿日期:2022-08-01 出版日期:2022-10-15 发布日期:2022-11-02
  • 通信作者: 苏良碧,博士,研究员。E-mail:suliangbi@mail.sic.ac.cn
    樊仲维,博士,研究员。E-mail:fanzhongwei@aoe.ac.cn
  • 作者简介:张 振(1993—),男,湖北省人,博士研究生。E-mail:zhangzhen@mail.sic.ac.cn。
    苏良碧,博士,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博士生导师。现任中国科学院上海硅酸盐研究所副所长,兼任《人工晶体学报》副主编,《无机材料学报》、Applied Optics等期刊编委,中国激光杂志社青年编委。主要研究方向为人工晶体、激光材料,长期开展宽光谱激光材料、高功率激光晶体与单晶光纤,以及超大尺寸人工晶体制备技术的研发。国家杰出青年基金获得者,曾获海市科技系统青年五四奖章、中国硅酸盐学会青年科技奖、中国科学院青年创新促进会优秀会员等。
    樊仲维,研究员、博士生导师。现任中国科学院空天信息创新研究院副院长,兼任国家半导体泵浦激光工程技术研究中心主任、国家激光器件质量监督检验中心主任、全国光电测量标准化技术委员会主任委员、中国光学学会常务理事。主要研究方向为全固态短脉冲激光技术及应用,长期从事以高功率和高光束质量为主要特征的钕玻璃激光放大技术、皮秒/纳秒脉宽全固态激光技术等研究工作。获得政府特殊津贴,入选国家级新世纪百千万人才工程、科技北京百名领军人才培养工程,获得国家技术发明奖二等奖、国家科学技术进步奖二等奖、北京市科学技术奖一等奖、中国科学院杰出科技成就奖、光华工程科技奖等。
  • 基金资助:
    国家杰出青年科学基金(61925508);国家青年科学基金(61905265);中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划(YSBR-024);上海市科学技术委员会项目(2051107400,20520750200);中科院“一带一路”国际合作项目(121631KYSB20200039)

High-Power Laser and Ultra-High Thermal Conductivity Laser Crystals

ZHANG Zhen1, FAN Zhongwei2, SU Liangbi1   

  1. 1. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China;
    2. Aerospace Information Research of Optoelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
  • Received:2022-08-01 Online:2022-10-15 Published:2022-11-02

摘要: 高功率固体激光技术的发展史就是一部与“废热”的斗争史,为抑制热效应对光束质量的不利影响,先后出现了热容激光器、薄片激光器、板条激光器以及光纤激光器,新的增益介质形态结合先进的散热技术将激光输出功率提升至百千瓦量级。固体激光增益介质的热学性能是限制激光功率进一步取得突破的重要瓶颈。因此,寻找具备超高热导率的激光晶体材料意义重大。本文介绍了上述四种激光器的基本原理及其在高功率激光方面取得的研究进展,从提高增益介质材料热导率的角度出发,对目前已有的方法和研究成果进行了分析与总结,对超热导激光晶体研究和高功率激光技术的发展进行了展望。

关键词: 高功率激光, 热效应, 激光晶体, 超高热导率, 热容激光器, 薄片激光器, 板条激光器, 光纤激光器

Abstract: The development of high-power solid state laser technology is a course of struggling against the "waste heat" generated with lasering. The most critical issue for the development of high-power solid-state lasers is how to suppress the thermal effect on the beam quality under high-power operating conditions. To improve this adverse effect researchers invented heat capacity laser, thin-film laser, slab laser and fiber laser. These new designs of lasers based on novel form of gain medium combined with advanced heat dissipation technology have enhanced the output power to about one hundred kilowatts. However, the thermal properties of the solid state gain medium have become the critical bottleneck restricting further breakthroughs in laser power. Therefore, it is of great significance to explore the novel laser crystal materials with ultra-high thermal conductivity. This paper introduces the basic principles of the above four lasers and their research progress in high-power lasers. From the perspective of improving the thermal conductivity of gain medium materials, the existing methods and related results are analyzed and summarized. The research on ultra-high thermal conducting laser crystals and the development of high-power laser technology are also prospected.

Key words: high-power laser, thermal effect, laser crystal, ultra-high thermal conductivity, heat capacity laser, thin disk laser, slab laser, fiber laser

中图分类号: