激光二极管面阵列泵浦固体激光器的理论分析

对于激光二极管侧面泵浦的固体激光器,泵浦光和振荡光场为空间分布函数,利用四能级速率方程,得到了激光器输入和输出参数之间的。分析了空间参数对激光器输出特性的影响,找到最佳参数。     

高功率半导体泵浦固体激光器输出特性的研究

通过实验详细测量了水温、工作电流对二极管激光器发射波长的影响;采用光线追踪法模拟计算出在不同泵浦参数下半导体泵浦光在NdYAG棒内的分布情况,得到了圆周上泵浦模块的个数,泵浦光发散角等因素对泵浦光分布均匀性的影响.采用直接泵浦方式,分别设计了二种不同功率水平的半导体泵浦的NdYAG固体激光器聚光腔,得到了170和800 W的输出功率,并对激光器的输出特性进行详细测量,最大光-光转换效率达37%,电-光转换效率约为16%.     

纵向泵浦的1.34μm Nd:YVO4平凹腔型DPSL器件

报道了激光二极管泵浦的Nd:YVO4激光器,分析了激光器的各项参数.在泵浦功率为7.06W时,获得1.34μm激光输出功率2.008W,光-光转换效率达28.4%.     

抽运光对激光束空间分布影响程度的估算方法研究

为便于评价两种光场空间分布之间的偏离程度，引入一个数学参数δ进行研究。将该参数应用到谐振腔内分析了抽运光空间分布对基模振荡光光束质量的影响。这种影响主要表现为：若抽运光在激光介质中引起非均匀的增益分布，基模振荡光将偏离高斯分布。利用δ参数对这种影响的程度进行了定量估算。定量研究表明：δ参数可以直观地反映泵浦光分布对激光器光束质量的影响程度，而且在激光器的设计中δ参数的大小可衡量泵浦光分布的优劣。对于端面泵浦二极管泵浦固体激光器（DPL），稳恒运转下最理想的抽运光分布形式是高斯型抽运光，其半径等于谐振腔的基模高斯振荡光半径。     

LDA侧面泵浦固体激光器泵浦结构参数优化

为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型,研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算,优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数,优化后的仿真结果表明:在泵浦距离为2 mm条件下,晶体直径为4 mm,玻璃管套筒厚度为1 mm,冷却水层厚度为1 mm时,泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%,在晶体轴心附近分布比较均匀,且均匀分布区域相对较大。     

铷蒸气激光器3D理论模型的建立及阈值特性模拟

基于三能级速率方程理论,结合惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,利用分步光束传播方法建立了半导体泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)端面泵浦3D理论计算模型,用于模拟研究铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。该模型将光束传播、光与物质相互作用独立考虑,利用迭代算法求解。考虑激光器腔内模式与泵浦光模式匹配对阈值特性的影响,模拟了单端泵浦铷蒸气激光器内部的三维动力学过程。在具体算例中研究了模式匹配最佳时,在阈值工作状态下铷蒸气室中的三维粒子数分布,以及沿不同轴线的增益分布。仿真了在最佳模式匹配位置附近,泵浦光模式变化对阈值特性的影响。根据蒸气池中粒子数分布和光场分布具体分析了模式匹配影响阈值特性的机理。同时还模拟了不同长度蒸气池对阈值特性的影响。结果表明,腔参数与泵浦光模式之间存在一定的关系,对于特定的泵浦光模式,存在恰当的腔参数,使得阈值达到最小。     

铷蒸气激光器3D理论模型的建立及阈值特性模拟

基于三能级速率方程理论,结合惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,利用分步光束传播方法建立了半导体泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)端面泵浦3D理论计算模型,用于模拟研究铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。该模型将光束传播、光与物质相互作用独立考虑,利用迭代算法求解。考虑激光器腔内模式与泵浦光模式匹配对阈值特性的影响,模拟了单端泵浦铷蒸气激光器内部的三维动力学过程。在具体算例中研究了模式匹配最佳时,在阈值工作状态下铷蒸气室中的三维粒子数分布,以及沿不同轴线的增益分布。仿真了在最佳模式匹配位置附近,泵浦光模式变化对阈值特性的影响。根据蒸气池中粒子数分布和光场分布具体分析了模式匹配影响阈值特性的机理。同时还模拟了不同长度蒸气池对阈值特性的影响。结果表明,腔参数与泵浦光模式之间存在一定的关系,对于特定的泵浦光模式,存在恰当的腔参数,使得阈值达到最小。     

高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究

受激拉曼散射和热效应会限制光纤激光器功率的提高。利用高功率光纤激光器的速率方程和热传导方程,理论研究了双端泵浦和分布泵浦下双包层光纤激光器的受激拉曼散射和热效应,得到了光纤中的泵浦光、激光和斯托克斯光的功率分布,光纤激光器的输出特性以及光纤中的温度分布。分析表明,当泵浦功率增大到一定值时,光纤激光器中出现SRS,一部分激光功率会转移给斯托克斯光,影响激光功率进一步提高;与双端泵浦方式相比,分布泵浦下光纤激光器的斜率效率和最大输出功率相差不大,但是,光纤中的温度分布被有效地降低,因此,分布泵浦方式更为有效。     

种子注入的短脉冲激光器特性研究

从LD泵浦固体激光器优化设计原则出发,设计了一种微型二极管泵浦激光器,并对种子激光器的结构和参数进行了优化。该激光器运转稳定,输出光束质量高,光束发散角小,光-光转化效率为17-4%,斜率效率可达24%,输出功率可达80mW。将此种子激光注入到调Q激光器中,改善了调Q激光器的输出特性,使得激光脉冲的建立时间缩短了40ns,输出的横模场分布得到了明显改善。     

高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究

 受激拉曼散射和热效应会限制光纤激光器功率的提高。利用高功率光纤激光器的速率方程和热传导方程,理论研究了双端泵浦和分布泵浦下双包层光纤激光器的受激拉曼散射和热效应,得到了光纤中的泵浦光、激光和斯托克斯光的功率分布,光纤激光器的输出特性以及光纤中的温度分布。分析表明,当泵浦功率增大到一定值时,光纤激光器中出现SRS,一部分激光功率会转移给斯托克斯光,影响激光功率进一步提高;与双端泵浦方式相比,分布泵浦下光纤激光器的斜率效率和最大输出功率相差不大,但是,光纤中的温度分布被有效地降低,因此,分布泵浦方式更为有效。     

同步泵浦染料激光中的频率啁啾计算

利用光场的自洽模型，将同步泵浦染料激光器的输出光脉冲的频率啁啾β作为光波场的位相参数，推导出适合于同步泵浦染料激光器的锁模方程．由此方程出发，求出输出光脉冲频率啁啾β的解析表达式，为实验上减小脉冲的频率啁啾，获得符合变换极限的短脉冲提供依据．     

种子注入的短脉冲激光器特性研究

 从LD泵浦固体激光器优化设计原则出发，设计了一种微型二极管泵浦激光器，并对种子激光器的结构和参数进行了优化。该激光器运转稳定，输出光束质量高，光束发散角小，光-光转化效率为17-4%，斜率效率可达24%，输出功率可达80mW。将此种子激光注入到调Q激光器中，改善了调Q激光器的输出特性，使得激光脉冲的建立时间缩短了40ns，输出的横模场分布得到了明显改善。     

国产全光纤结构激光器实现245 W高功率激光输出

以国产掺镱光纤为增益介质,利用国产泵浦源和光纤器件,构建了主振荡功率放大（MOPA）结构的全国产大功率全光纤激光器。激光器包括10 W种子激光器和高功率放大器两部分。在注入最大泵浦功率为356 W时,获得了245 W波长1 080 nm激光的稳定输出,光-光效率为69%。激光器单次连续出光时间约30 min,功率稳定性在1%以内。目前激光器输出功率受限于泵浦功率,增加泵浦源的数目有望进一步提高输出功率。     

国产全光纤结构激光器实现245 W高功率激光输出

 以国产掺镱光纤为增益介质,利用国产泵浦源和光纤器件,构建了主振荡功率放大（MOPA）结构的全国产大功率全光纤激光器。激光器包括10 W种子激光器和高功率放大器两部分。在注入最大泵浦功率为356 W时,获得了245 W波长1 080 nm激光的稳定输出,光-光效率为69%。激光器单次连续出光时间约30 min,功率稳定性在1%以内。目前激光器输出功率受限于泵浦功率,增加泵浦源的数目有望进一步提高输出功率。     

连续泵浦准分子宽带泵浦金属激光器泵浦阈值理论研究

基于四能级受激准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)的工作机理建立了连续波半导体激光器泵浦的四能级XPAL理论模型,该模型基于速率方程,考虑泵浦光线宽与伴峰吸收线宽,采用迭代算法求解,主要用于分析半导体激光器连续泵浦四能级XPAL系统的泵浦阈值特性。讨论了温度、蒸气室长度、泵浦光线宽、输出耦合率和惰性气体粒子数密度对泵浦阈值的影响,结果表明激光器存在一个最佳温度可以使泵浦阈值达到最小,且在最佳温度附近较大范围内泵浦阈值不会有较大变化。除此之外,对蒸气室长度、输出耦合率、泵浦光线宽和惰性气体粒子数密度的分析表明,相较于惰性气体粒子数密度,其他参数的变化对泵浦阈值的影响较小。而较高的惰性气体粒子数密度可以有效提升增益介质对泵浦光的吸收从而降低阈值。     

连续泵浦准分子宽带泵浦碱金属激光器泵浦阈值理论研究

基于四能级受激准分子宽带泵浦碱金属激光器（XPAL）的工作机理建立了连续波半导体激光器泵浦的四能级XPAL理论模型,该模型基于速率方程,考虑泵浦光线宽与伴峰吸收线宽,采用迭代算法求解,主要用于分析半导体激光器连续泵浦四能级XPAL系统的泵浦阈值特性。讨论了温度、蒸气室长度、泵浦光线宽、输出耦合率和惰性气体粒子数密度对泵浦阈值的影响,结果表明激光器存在一个最佳温度可以使泵浦阈值达到最小,且在最佳温度附近较大范围内泵浦阈值不会有较大变化。除此之外,对蒸气室长度、输出耦合率、泵浦光线宽和惰性气体粒子数密度的分析表明,相较于惰性气体粒子数密度,其他参数的变化对泵浦阈值的影响较小。而较高的惰性气体粒子数密度可以有效提升增益介质对泵浦光的吸收从而降低阈值。     

激活介质热效应对振荡模式的影响研究

理论分析了激活介质热效应对端面泵浦固体激光器激光振荡模式分布的影响,并以光纤耦合半导体激光器端面泵浦Nd∶YAG激光器实验研究了激活介质热效应对激光振荡模式的影响。实验结果表明：由于热效应,基模的模体积随泵浦功率的增加而变大,基模在模式竞争中占优;在泵浦光轴线偏离几何腔轴时,基模光斑中心位置朝泵浦光轴线所在位置移动,偏离量与泵浦光轴线的偏离量近似成线性关系。利用实验结果指导腔调节,可使泵浦光轴线与几何腔轴精确重合,获得了椭圆率为0.98、M2因子为1.01的基模输出。     

光泵亚毫米波激光器双光场双稳特性分析

本文用三能级均匀加宽的双光场激光半经典方程,研究了光泵亚毫米波激光器的泵浦场和发射场的光学双稳特性.双稳行为受选择介质的弛豫速率参数的变化影响较大.泵浦光的吸收系数,发射光的增益系数和腔损耗系数的大小也直接影响到双稳能否出现.     

单点侧向泵浦掺Yb3＋双包层光纤激光器理论研究

从速率方程出发,建立了单点侧向泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器的理论模型并进行了数值分析,得到了泵浦光方向分别为正向、反向、双向时,光纤内泵浦光和激光功率的分布特性及输出功率与泵浦点位置的变化关系。结果表明,相对于泵浦光正向或反向传输,当泵浦光双向传输时,光纤中的激光功率分布和输出激光功率受泵浦点的位置影响较小,对于侧向泵浦的双包层光纤激光器是较好的选择。     

二极管激光器侧泵浦波导耦合系统设计

为了提高面阵二极管激光器侧泵浦板条激光器泵浦光的利用率,本文采用光线追迹的方法,通过数字模拟设计出了高耦合效率的波导耦合系统。实验测试结果表明,其耦合效率达到85%以上,泵浦光在板条内分布均匀。