分别泵浦Nd玻璃激光棒热弛豫的研究

本文研究了一根30cm×1.9cm圆柱状钕玻璃棒所产生的双折射,此棒由对称地装在一个圆形腔内的六支紧耦合闪光灯泵浦。对于在径向和切向偏振的两种波,导出了双折射引起的相位差表达式作为输入泵浦功率、棒的归一化半径、光弹性系数及其它材料参数的函数。对于一束线偏振光通过放在两个正交偏振器之间的热应变棒,推导并计算了输出强度正比于输入强度的表达式。发现由双折射效应的出现与消失测得的热时间常数与计算值符合得较好。报导了从锥光偏振干涉图样及从正交偏振器输出强度分布观察到的负透镜效应。     

高功率二极管泵浦模块热效应补偿研究

分析了作为放大器应用的高功率二极管泵浦模块NdYAG圆棒的热效应,包括热透镜效应和热致双折射所引起的退偏效应及其补偿方法.在光路中加入合适的负透镜可以对特定工作条件下激光棒的热透镜进行较好的补偿;使用两个增益和荧光分布等参数完全一致的泵浦模块作为放大级,在其间加入90°石英旋转片和4F像传递系统可以较好的补偿热致双折射所引起的退偏效应.并且对以上方法进行了实验验证,取得了良好的补偿效果,提高了泵浦模块的提取效率和激光输出功率.     

二极管泵浦高功率薄片激光器关键技术

固体激光器向高平均功率发展存在的最大问题是沉积在激光介质里的废热。废热的消除将导致热透镜、机械应力和退偏等效应，并由此造成光束质量的退化，激光功率的降低，甚至可能造成介质的断裂。采用薄片激光器设计可以允许介质具有高的泵浦功率密度而不产生显著的温度梯度，当泵浦区尺寸远大于薄片厚度时，热流可认为是沿厚度方向的一维分布。合理设计泵浦耦合结构，可以使薄片径向温度分布近似均匀，从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。因此薄片激光器可以定标放大到很高的平均功率。     

纵向泵浦固体激光介质热透镜效应的理论研究

 在分析了纵向泵浦、周边致冷固体激光棒内加热及冷却机理的基础上,将热传导方程合理简化为一维形式,求解出以级数方式表达的棒内温度分布。并根据热弹性力学原理,获得了激光棒中热致应力场和应变场。在考虑了与热透镜效应有关的三个因素：即热色散、热致应力双折射和端面变形后,推导出了纵向泵浦固体激光棒有效热焦距的解析表达式。将所获结果运用于常用的激光晶体Nd:YAG,发现当使用10W半导体激光器泵浦时,所产生的有效热焦距在毫米量级。     

干涉条纹法测量LD端面泵浦Nd∶YAG热透镜焦距

研究了端面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应,提出了一种新的测量热透镜的方法-干涉条纹法,并通过理论估算与用此方法所测的热透镜焦距相比较, 表明此方法所测热透镜焦距随着泵浦光功率的增大二者越来越吻合, 验证了该方法的可靠性. 该方法解决了端泵Nd∶YAG时, 由温度梯度, 热应力双折射和端面形变所引起的总的热透镜焦距难以测量的问题.     

干涉条纹法测量LD端面泵浦Nd∶YAG热透镜焦距

研究了端面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应,提出了一种新的测量热透镜的方法 干涉条纹法,并通过理论估算与用此方法所测的热透镜焦距相比较,表明此方法所测热透镜焦距随着泵浦光功率的增大二者越来越吻合,验证了该方法的可靠性 该方法解决了端泵Nd∶YAG时,由温度梯度,热应力双折射和端面形变所引起的总的热透镜焦距难以测量的问题.     

固体激光棒热透镜焦距的测量

固体激光棒中的热透镜效应对激光器的性能有很大的影响.在固体激光器的热稳腔的设计中也需要知道激光棒的热透镜焦距的数值,因此测量激光棒的热透镜焦距是必要的和有意义的.我们采用类似于文献[1]中的方法,测量了三种常用的固体激光棒在泵浦期间和泵浦后,各个时刻的热透镜焦距的数值.在单脉冲泵浦期间,红宝石、Nd:YAG和钕玻璃三种激光棒的热透镜焦距均为负值. 测量热透镜焦距的原理如图1所示.设He-Ne探测激光束的束腰半径为ω0,束腰和光阑离热透镜的距离分别为d1和d2。ωn和ωm分别为存在热透镜(例如负透镜)和无热透镜时探测激光束到达光…     

飞行光学导光系统中的空气热透镜效应

研究了激光加工用大功率ＣＯ２激光束在飞行光学导光系统中传输所产生的空气热透镜效应。实验发现当飞行光学导光系统中的空气静止时将产生空气热透镜效应,而充以一定压力的压缩空气却可以消除空气热透镜效应,实验表明无热透镜效应时,光束遵循高斯光束传输规律,而秀热透镜效应时,光束偏离高斯光束的传输规律,并影响到激光束聚焦焦点的大小和位置。另外通过激光空气热透镜效应的非线性模型计算了热透镜效应所引起的光束传输相对     

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器时变热效应分析北大核心CSCD

建立了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦棒状Nd:YAG增益介质时变热效应理论计算模型。采用有限元Ansys软件模拟分析了脉冲LDA侧面泵浦大能量固体激光器的时变热效应特性。研究结果表明,所研究的脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器热效应具有时变特性,介质横截面内中心点处的稳态温度场分布随时间呈锯齿形周期变化,锯齿形变化频率为LDA泵浦频率,脉冲LDA泵浦参数对介质稳态温度场分布有较大影响。分析和计算了介质内热梯度、应力双折射以及激光晶体端面效应等导致的晶体热透镜焦距。计算表明,介质的热焦距主要来源于介质内温度梯度引起的热透镜焦距。     

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器时变热效应分析

建立了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦棒状Nd:YAG增益介质时变热效应理论计算模型。采用有限元Ansys软件模拟分析了脉冲LDA侧面泵浦大能量固体激光器的时变热效应特性。研究结果表明,所研究的脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器热效应具有时变特性,介质横截面内中心点处的稳态温度场分布随时间呈锯齿形周期变化,锯齿形变化频率为LDA泵浦频率,脉冲LDA泵浦参数对介质稳态温度场分布有较大影响。分析和计算了介质内热梯度、应力双折射以及激光晶体端面效应等导致的晶体热透镜焦距。计算表明,介质的热焦距主要来源于介质内温度梯度引起的热透镜焦距。     

正交晶系YAP晶体的热效应

本文从理论上分析了正交晶系YAP晶体激射过程引起的热效应。给出了晶体中温度分布、应力-应变分布、双折射效应、热透镜效应以及晶体在正交偏振器间等的色线图等的解析关系式,得到的结果定性地解释了实验现象。 关键词：     

Energetic and thermal performance of high-gain diode-side-pumped Nd:YAG rods

We investigated the energetic and thermal performance of a diode-side-pumped Nd:YAG rod laser with up to 50 W power deposited as excess heat into a 3-mm-diameter, 10-cm-length rod. The rod design produces an extremely flat gain profile resulting in “textbook” expressions of thermal lensing and birefringence. Thermal and energetic measurements are compared to corresponding “textbook” theoretical expressions. Discrepancies between various published thermo-mechanical YAG parameters are resolved by a self-consistent set of measured and calculated data for rod thermal lens focal lengths, birefringence depolarization and ratio of heat to stored energy (χ). Measured thermal and energetic performance under lasing and nonlasing conditions are presented, which agree with published theoretical expressions and measurements. Compensation of rod thermal lensing with simple spherical concave lenses is demonstrated. In addition various methods for compensating birefringence depolarization are theoretically and experimentally analyzed and compared. Received: 19 July 1999 / Revised version: 22 October 1999 / Published online: 23 February 2000     

熊猫型保偏光纤中应力区失配对光纤性能影响的研究

采用弹性力学理论和复变函数法导出了熊猫型保偏光纤应力双折射的近似解析表达式.利用有限元法数值分析了熊猫型保偏光纤的双折射特性,结果表明,与采用纤芯中心应力相比,采用芯区平均应力表示光纤的双折射较为精确,且结果与解析法导出的芯区中心应力双折射计算结果相比误差小于0.18%.在此基础上进一步分析了应力区失配对熊猫型保偏光纤的双折射所产生的影响,并通过实验测试证明了分析结果的正确性. 关键词： 偏振保持光纤 应力区失配 双折射 拍长     

Cw thermal lens effect in thin layer of nematic liquid crystal

A cw laser induced, thermal lens effect in a thin layer of MBBA nematic liquid crystal was observed. Due to the birefringence both focusing and defocusing were obtained, depending on the polarization. A qualitative discussion of the aberrational effect in this thermal thin lens is given.     

重频应用下等离子体电光开关热退偏损耗分析

 基于有限元数值方法,给出电光晶体KDP在高平均功率激光负载下温度场分布和应力场分布。在此基础上得到了折射率随温度变化、电光系数随温度变化、及应力双折射引入的退偏损耗。数值模拟显示：电光系数随温度变化和应力双折射是引起开关退偏损耗的主要因素。当入射激光平均功率为40 W、辐照时间为420 s时,KDP晶体最高温度为38.43 ℃,电光系数随温度变化及应力双折射引入的最大退偏损耗分别为2.38%和4.04%。实验测量了应力双折射导致的退偏损耗,实验结果和理论结果符合较好。     

波段外脉冲激光对锗透镜热冲击效应的数值与实验研究

基于热传导及热弹性力学的基本关系式,建立了激光辐照锗透镜的热力耦合数学物理模型,对瞬态热传导方程和应力平衡方程进行有限元数值求解,得到了锗透镜的温度场和应力场分布,并利用波长1.06 μm,脉冲宽度10 ns的Nd∶YAG脉冲激光对锗透镜进行了热冲击实验研究.数值分析表明,热应力损伤在锗透镜的脉冲强激光损伤中占据主导地位,在短脉冲激光辐照下,锗透镜出现热应力损伤的激光能量密度小于出现熔融损伤的激光能量密度,热应力损伤主要集中在光斑中心区域并体现为压应力损伤,将使材料表面出现裂纹或剥落,实验结果与数值分析基本相符.     

光波导覆层热膨胀系数对应力双折射影响的分析

用有限元方法计算了硅基光波导器件的应力，得到由应力引起的双折射，从理论上分析了内应力对器件偏振特性的影响。得出结论：硅基与其它层材料热膨胀系数的不同，是引起芯区双折射的主要因素，通过掺杂、调整覆层的热膨胀系数，可以得到双折射系数较小的光波导。     

Compensation of thermal effects in Faraday isolator for high average power lasers

A Faraday isolator system with external compensation of thermally induced birefringence was investigated for the case when optical components of the Faraday isolator and the compensator are made of different materials. Simultaneous reduction of thermally induced depolarization and thermal lens in the Faraday isolator based on a TGG crystal was demonstrated experimentally for the first time using an Sm:CaF₂ crystal. A method of compensating thermally induced birefringence without reciprocal polarization rotator was described theoretically and demonstrated in experiments for the first time. It was used as a basis for a new scheme of Faraday isolator with external compensation of thermally induced birefringence.     

Thermal effects in high-power Nd:YAG disk-type solid state laser

An investigation of thermal effects in a high-power Nd:YAG disk-type solid state laser pumped with different pump beam transverse profiles is carried out by numerical simulation based on the finite element method (FEM). Impact of the heat sink on the thermal effects is included in the simulation. The distribution of first principle stress, thermally induced birefringence, including the distribution and variation of the birefringence loss, are studied. The characteristics of the phase variation are analyzed with consideration of the temperature gradient, deformation, strain and thermal stress. Thermal lensing is explored as a function of pump power and of the radius pumped with different pump beam transverse profiles. The non-parabolic part of optical phase distortion is simulated. Furthermore, the characteristics of the bi-focus of the disk laser are also studied. Experiments on the maximum tensile stress distribution and depolarization loss are carried out. The presented calculations are in qualitative agreement with the experimental observations.