热效应对激光器光束质量的自适应调整技术

在固体激光器中,热效应会同时影响抽运光和振荡光的空间分布。研究表明,对于端面抽运固体激光器而言,通常存在一个特定的抽运功率区间,使抽运光与基模振荡光在热效应的作用下,在增益介质内部高度重合,激光器的抽运光效率和光束质量得到大幅度提升。利用这一特点,设计了一种激光器,在抽运功率为105~115 W时,实现了抽运光与基模振荡光空间分布的高度重合,激光器光束质量因子小于2.3。在此区间外,激光器光束质量因子迅速增加到3以上。提出了一种计算上述抽运功率区间的优化算法,在端面抽运固体激光器中,可以快速寻找到理想的抽运功率区间,并与上述实验进行对比,结果表明使用该方法寻找到的抽运功率区间与实验所得到的区间高度吻合,相对误差低于5%,可靠性高。     

用于光生毫米波的双频微片激光器热致频差特性研究

研究了激光二极管端面抽运的双纵模双频微片激光器的热效应对其输出频谱的影响. 通过对端面抽运Nd:YVO₄微片的热传导方程求解得出晶体内部的温度场分布; 并进一步对微片晶体热致折射率变化进行分析, 由此计算出双频微片激光器的热致频谱变化. 实验结果表明: 当抽运功率较小时得到稳定的双纵模双频激光输出; 当抽运功率增大时, 晶体热效应使双频激光频谱双峰之间的频差减小, 各纵模波长频谱宽度加宽, 实验结果与理论分析相符合. 关键词： 光载无线通信 双频微片激光器 热效应 频率差     

激光、激光技术 激光器件

固体激光器TN248.12006053972部分抽运的板条激光器的热效应分析=Thermal effects inpartially laser-diode-pumped slab lasers[刊,中]/程小劲(中科院上海光机所.上海(201800)),牛金富…//光学学报.—2006,26(6).—854-858基于热传导方程和高斯-赛德尔数值计算方法,对部分抽运板条激光器的温度分布、热应力和热致折射率变化等热效应进行了详细分析,并与单侧抽运及双侧抽运方式进行了比较。结果表明,设计合理的部分抽运板条激光器,可以获得较高的抽运效率,其热效应相比于均匀抽运的情况并没有显著劣化,不论是采用锯齿形传播方式还是直线传…     

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。     

脉冲激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器晶体时变热效应

采用数值计算的方法,对脉冲激光二极管三向侧面抽运固体激光器中,激光晶体的温度场时变分布进行了计算. 分析了三向侧面抽运情况下晶体内光强分布,在此基础上,采用有限元法,以脉冲激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器为例,对单脉冲过程中晶体温度分布及其影响因素进行分析. 结果表明,晶体升温过程受到抽运条件以及散热条件的影响,但是主要受到抽运条件即抽运光强度和光束半径的影响,降温过程受到晶体热物性参数和晶体半径以及散热条件的影响. 当晶体温度达到周期性分布后,由于晶体径向温度梯度的周期性变化,引起通过晶体的平面光波的中心和边缘光线相对光程差也随时间作周期性变化. 关键词： 激光二极管侧面抽运固体激光器 热效应 有限元法 时变过程     

不同抽运光分布下端面抽运固体激光器中晶体的端面温度分布研究

为了研究不同的抽运光分布对晶体端面温度场的影响,提出一种平顶光的归类方法,并依据所提出的平顶光的归类方法划分出圆柱光、高斯光和平顶光.重点研究了圆柱光、高斯光和平顶光在不同的功率和不同的焦斑半径下端面温度分布.发现在相同的抽运功率和相同的光斑半径下圆柱光抽运时晶体的端面温度最高,平顶光次之,高斯光最小的重要结论, 说明抽运光的分布严重影响晶体端面的温度场.最后讨论了端面温度场引起的热效应对DPL光束质量的影响,发现端面热效应引起端面热透镜等效曲率半径减小,从而引起束腰半径的减小. 热效应引起热透镜等效曲率 关键词： 圆柱光 平顶光 端面抽运 温度场     

薄片激光器热效应及其对输出功率的影响

建立了光强分布为高斯型的抽运光端面单程抽运时薄片激光器的温度模型, 实验测量了不同抽运功率下薄片介质表面的 温度分布、温度随时间的变化特性以及介质表面的温度差. 采用Hartmann法测量了薄片介质的热焦距. 考虑热焦距随抽运功率的变化, 基于四能级系统薄片激光器的速率方程组, 建立了薄片激光器热效应对输出功率影响的物理模型, 薄片激光器输入-输出功率曲线与实际相符. 所得结果对薄片激光器的设计和优化具有一定的指导意义.     

不同抽运光分布下端面抽运固体激光器中晶体的端面温度分布研究

为了研究不同的抽运光分布对晶体端面温度场的影响，提出一种平顶光的归类方法，并依据所提出的平顶光的归类方法划分出圆柱光、高斯光和平顶光.重点研究了圆柱光、高斯光和平顶光在不同的功率和不同的焦斑半径下端面温度分布.发现在相同的抽运功率和相同的光斑半径下圆柱光抽运时晶体的端面温度最高，平顶光次之，高斯光最小的重要结论， 说明抽运光的分布严重影响晶体端面的温度场.最后讨论了端面温度场引起的热效应对DPL光束质量的影响，发现端面热效应引起端面热透镜等效曲率半径减小,从而引起束腰半径的减小. 热效应引起热透镜等效曲率     

热透镜控制激光光束质量技术研究

在端面抽运固体激光器中,就如何改善在高抽运功率时输出激光的光束质量,提出一种激光器的设计方法。在激光器谐振腔中放入多根掺杂浓度不同的激光介质,利用激光介质内部产生的热透镜控制抽运光和基模振荡光的空间分布,并且最大限度地使抽运光的分布区和基模振荡光分布区重叠,实现抽运光与基模振荡光在空间上高度匹配,进而提高抽运光能量的利用效率和振荡光的光束质量。实验表明,在不同抽运功率下,抽运光和基模振荡光在晶体内部的光斑的空间分布可通过热透镜加以控制。在端面抽运功率200 W附近时,实现了抽运光与基模振荡光较高程度匹配,光束质量因子M2由14.7改善为4.1。     

端面抽运固体激光器热透镜效应的实验研究

提出一种易于实现、对激光器本身没有干扰、高空间精度、可实时测量介质热透镜的干涉测量方法. 并利用此方法全面研究了端面抽运Nd:YVO4激光器的热透镜效应，为认识激光介质的热效应和设计此类激光器提供了参考.  关键词： 热透镜 端面抽运 固体激光器     

利用输出功率测量激光二极管端面抽运的固体激光器热透镜焦距

运用谐振腔变换圆理论,详细分析了激光二极管抽运的Nd:YVO4平行平面腔固体激光器振荡光在晶体内的基模光斑半径随抽运功率变化的U形曲线.提出在适当腔长情况下激光器的输出功率随抽运功率变化曲线上将出现凹陷或尖峰现象,利用曲线上的凹陷和尖峰可以测量激光晶体的热透镜焦距.同时在理论分析的基础上进行了实验,实验结果与理论分析相符合 关键词： Nd:YVO4 热透镜焦距 固体激光器 谐振腔变换圆     

线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器特性研究

依据四能级系统速率方程 ,推导出了多横模振荡固体激光器输出与输入参量的关系。对二极管抽运固体激光器中线阵激光二极管三向对称侧面抽运结构 ,计算了抽运光强分布 ,并就激光器的阈值抽运功率、近阈值条件下的斜率效率、输出功率和光束质量等与抽运参量的关系 ,进行了数值计算。由计算结果看出 ,线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器中晶体半径和抽运光束腰半径是影响输出激光功率和光束质量的主要因素 ,并通过在谐振腔中加小孔选模 ,使光束质量得到明显改善。选择了一组三向侧面抽运结构参量进行了实验验证 ,实验结果与理论计算一致。     

线阵激光二极管侧面抽运Nd:YAG激光器特性研究

依据四能级系统速率方程,推导出了多横模振荡固体激光器输出与输入参量的关系。对二极管抽运固体激光器中线阵激光二极管三向对称侧面抽运结构,计算了抽运光强分布,并就激光器的阈值抽运功率、近阈值条件下的斜率效率、输出功率和光束质量等与抽运参量的关系,进行了数值计算。由计算结果看出,线阵激光二极管侧面抽运Nd：YAG激光器中晶体半径和抽运光束腰半径是影响输出激光功率和光束质量的主要因素,并通过在谐振腔中加小孔选模,使光束质量得到明显改善。选择了一组三向侧面抽运结构参量进行了实验验证,实验结果与理论计算一致。     

抽运光分布对二极管抽运激光器振荡光光束质量的影响

研究了二极管抽运激光器（DPL）中抽运光的空间分布对振荡光光束质量的影响.通过对端面 抽运情形下光场运动方程的研究，发现不均匀的空间增益分布会影响激光振荡的模式，并且 使得基模振荡光偏离高斯分布.引入一个称之为抽运光影响因子参数，来判断这种影响的程 度.研究表明，这个参数计算方便而且实用.在对基模调Q脉冲激光的研究中发现，由于抽运 光的影响，脉冲前沿的场分布将由远离高斯分布向接近高斯分布变化，称之为脉冲前沿的场 倏变现象. 关键词： 激光二极管 二极管抽运激光器 光束质量     

LD抽运Nd:YVO4晶体中的上转换及其影响

对激光二极管抽运下Nd:YVO₄晶体中的上转换发光做了测量与分析,发现对应⁴G_7/2能级向下跃迁的上转换发光的主导机制为能量传递上转换.接着,对上转换对LD抽运Nd:YVO₄激光器运转的影响进行了理论分析,并特别讨论了上转换对热效应的影响. 关键词： 上转换 固体激光器 热效应     

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。     

超高斯光束抽运调Q固体激光器仿真模型研究

仿真计算一直是研究激光器的重要手段,而激光理论是仿真计算的基础.虽然半经典激光理论能够精确地描述激光的产生过程,但是其复杂性导致仿真需要庞大的计算资源和计算时间.为了能够更加高效地对激光器进行仿真,提出了一种调Q固体激光器的仿真模型.基于此模型,研究了影响主动调Q激光产生过程的因素.这些因素包括抽运功率、抽运光分布和模式竞争.仿真计算结果与对照实验测量数据相符合,说明了模型的有效性.     

波长锁定878.9nm激光二极管抽运内腔式YVO_4/BaWO_4连续波拉曼激光器

采用波长锁定878.9 nm激光二极管共振抽运复合Nd:YV04激光晶体,改善热效应的同时提高抽运吸收率,分别以YVO_4和BaWO_4晶体作为拉曼介质,实验和理论研究了晶体性能、谐振腔结构和稳定性对内腔分体式连续波拉曼激光器性能的影响.结果表明:由于内腔分体式拉曼激光器腔长较长,谐振腔稳定性对激光器性能影响较大,选择高增益的拉曼晶体,不仅可获得高拉曼转换效率,还能一定程度上减轻热效应.而平凹腔结构中输出镜的曲率半径越小,拉曼晶体中基频光的功率密度越大,腔的动态稳定区越宽,获得的拉曼激光输出功率更高.最终以30 mm的BaWO_4晶体作为拉曼介质,在抽运功率25.1 W时,获得了3.02 W的连续拉曼激光输出,光-光转换效率达到12%.     

单个激光二极管对称侧向抽运的固体激光器

采用一种半导体激光器侧向抽运的固体激光器新结构，可将一个半导体激光器的输出光分成四部分，从四面对称耦合到激光棒中，从而实现比较均匀的抽运。模拟计算了这种对称抽运结构中激光棒对侧面抽运光的吸收过程，得到了激光棒介质的吸收系数和直径等参量对激光棒内抽运光能量分布均匀性和能量吸收率的影响规律，并在此基础上对相关参量进行了优化。这种方案结构简单紧凑，很容易获得高光束质量的高功率固体激光输出。采用这种抽运结构制成了新颖的激光头，初步实验结果良好，表明该结构确实可行。     

激光二极管纵向抽运（Tm，Ho）：YLF激光器的研究

对激光二极管端面抽运(Tm，Ho)：YLF固体激光器的激光特性进行了研究。根据激光二极管抽运准三能级系统的特性，详尽地分析了能量在Tm^3 离子和Ho^3 离子之间的传递过程，给出了(Tm，Ho)：YLF激光器准三能级的速率方程，对上转换及激光下能级粒子再吸收对激光二极管抽运(Tm，Ho)：YLF激光器运转的影响进行了理论分析，得出了(Tm，Ho)：YLF激光器的阈值抽运功率和斜率效率的解析表达式。同时对(Tm，Ho)：YLF微片激光器的激光特性进行了实验研究，当保持晶体温度为19℃时，阈值抽运功率为425mW，斜率效率为22．5％，最大光—光转换效率为17．4％，并且在将晶体保持在四个不同的温度下，给出了激光输出功率随抽运功率变化的实验结果。将理论与实验结果进行比较，发现吻合得比较好。