|高亮度固体激光器技术发展研究( 四 )
（3）激光增益模块在工作时产生的大量废热需要及时处理 。如果废热无法被及时、均匀地冷却而累积在增益介质中 ， 将引起增益介质的热应力和热畸变 ， 进而严重影响激光器的输出功率和光束质量 。
（4）随着输出功率的不断提升 ， 固体激光器面临的热效应因素趋于突出 ， 输出激光所含像差随着功率提升而逐渐增加 ， 甚至超出了用于激光光束净化的自适应光学系统的空间分辨率与像差校正能力极限 ， 进而造成像差无法校正的结果 。
（5）半导体激光泵浦技术促成了固体激光器的高效率和高亮度输出 ， 引领了激光领域的技术变革 。由于介质的非线性效应、热损伤等物理机制研究不够透彻 ， 在当前技术状态下的单台激光器平均亮度仍然受限 。
六、高亮度固体激光器关键技术分析
开展百千瓦到兆瓦级高亮度固体激光器的全链路技术和工艺研究 ， 着力突破高性能增益介质材料、高功率密度泵浦耦合、高热流密度散热控温、强光传输抗损伤、波前调控、光束合成等关键技术 ， 为未来兆瓦级高亮度激光输出及工程应用奠定技术基础 。
1. 高性能增益介质结构设计、制备与测试
增益介质结构决定了固体激光器的核心性能 ， 引导了泵浦耦合、散热控温等基础性设计方向 。为实现高亮度激光输出 ， 增益介质结构应具有高的增益和低的波前畸变 ， 亦即满足高功率高效率均匀泵浦耦合、高热流密度散热、高功率激光传输、高非线性阈值等性能要求 。
对于表层增益板条设计 ， 涉及研究内容包括：掌握不同构型增益介质的吸收、增益、散热特性 ， 开展泵浦、冷却结构的选型设计 ， 分析结构设计参量的可调节范围 ， 结合工艺可实现性提出结构设计方案 。对于在用的增益介质结构方案 ， 按照加工工艺要求全面开展要素分析 ， 通过建模优化寻求最佳结果；建立相关激光放大运转的数学模型 ， 通过实验修正仿真结果；通过多次迭代形成不同功率等级的功率放大增益介质结构设计优化方案 。
2. 高功率密度泵浦光场分布设计与控制技术
针对高功率激光二极管泵浦源、高集成度泵浦耦合光学组件开展研究 ， 着力突破泵浦光高效高功率耦合及匀化技术 ， 具体包括：激光二极管的高效高功率输出、阵列输出激光的线宽控制、发散角控制、高密度堆叠 ， 泵浦耦合光学组件的高效变换、集成化、波导化设计等 。
激光二极管泵浦源由于其固有的结构特点导致应用领域和范围较窄 ， 不同的应用场合需要激光二极管具有不同的输出光斑与光场 。应重视输出光束的准直与整形研究 ， 利用多种工程分析软件来开展各类半导体激光器的建模仿真 ， 形成提高输出光束质量的先进设计方案 。
3. 高热流密度传导冷却技术
具体包括散热热沉设计与加工、增益介质与热沉的均匀热接触、低应力封装等 ， 涉及热场分析、流场仿真、热沉结构应力场分析、验证环境搭建等技术环节 。相变换热热沉、纳米尺度热界面材料制备等也是有价值的前沿方向 。低应力、低热界面空洞率的真空焊接封装技术是板条增益介质激光器的核心技术 。
对于增益模块的高热流密度传导冷却 ， 主要采用微通道换热技术 。相关研究的重点有：微通道结构优化设计、微通道结构加工工艺改进、冷却剂选择优化、各类参数（通道截面形状和高宽比、微通道内的摩擦系数、不同冷却剂等）对微通道内流动和散热性能的影响等 。
4. 波前调控技术
输出激光的光束质量是高亮度固体激光器的核心指标 ， 对用于激光光束净化的自适应光学系统在空间分辨率与像差校正量方面提出了极高要求 。探索构建多变形镜组合的自适应光学系统 ， 利用处于相位共轭位置的多个不同类型的波前校正器 ， 分别对像差中最适合校正的分量进行补偿 ， 从而将不同类型的波前校正器优势予以有机整合来优化自适应光学系统的时间和空间特性 。开展自适应光学系统实时处理子系统的架构与性能研究 ， 掌握大单元数自适应光学系统的适应性边界 ， 有效压缩实时处理时延以提升自适应光学系统闭环速度 。
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