激光二极管端面泵浦Yb:YAG圆棒热效应研究

基于激光二极管端面泵浦Yb∶YAG棒工作特点的分析,提出了端面绝热、周边恒温的激光晶体热分析模型,采用了一种新的热传导方程求解方法,得到了超高斯光束端面泵浦Yb∶YAG棒温度场的一般解析表达式。同时分析了不同阶次、不同光斑半径、不同功率超高斯光束以及晶体参数改变时对于Yb∶YAG棒温度场分布的影响。研究结果表明,若准直聚焦到Yb∶YAG棒泵浦面42.5W的光束具有4阶超高斯强度分布时,掺Yb3+质量分数为10.0at.%、长度为2.5mm、半径为2mm的Yb∶YAG棒的泵浦面获得74.20℃的最高温升。新的热传导方程求解方法在研究激光棒温度场分布方面具有计算量小、精度高等特点。研究结果对减小激光晶体的热效应,提高全固态Yb∶YAG激光器性能提供了理论依据。     

LD端面泵浦矩形Yb:YAG晶体热效应研究

建立了激光晶体热传导模型。通过求解泊松方程,得到了不同Yb3+离子掺杂浓度的Yb:YAG晶体内温度场分布及由此引起的光程差和热焦距,求出了在不同泵浦半径下的端面温度分布。研究结果表明:随着Yb3+离子掺杂浓度的增加,Yb:YAG晶体端面中心温度升高,晶体中心轴温度衰减加快,热焦距变小;随着泵浦光斑半径的增大,晶体端面中心温度降低。这一结论对改善Yb:YAG晶体热效应提供了理论依据。     

Yb:YAG薄片激光器多通泵浦耦合系统设计与实验

介绍了基于Yb:YAG薄片的16通泵浦耦合系统的设计方法,建立了泵浦系统的模型,对模型进行了模拟。以16通泵浦耦合系统为基础,通过微通道冷却,利用国产单片直径10 mm、厚度为250 μm、掺杂原子分数为10% 的Yb:YAG薄片进行了实验研究。在泵浦功率为69.5 W时,采用曲率半径为－800 mm的输出镜,获得了27 W的1 030 nm连续激光输出,光光转换效率为38.8%;采用曲率半径为－2 000 mm的输出镜,获得了18.65 W的1 030 nm连续激光输出,光束质量平分因子小于等于1.1,光光转换效率为26.8%。     

Yb:YAG薄片激光器多通泵浦耦合系统设计与实验

 介绍了基于Yb:YAG薄片的16通泵浦耦合系统的设计方法,建立了泵浦系统的模型,对模型进行了模拟。以16通泵浦耦合系统为基础,通过微通道冷却,利用国产单片直径10 mm、厚度为250 μm、掺杂原子分数为10% 的Yb:YAG薄片进行了实验研究。在泵浦功率为69.5 W时,采用曲率半径为－800 mm的输出镜,获得了27 W的1 030 nm连续激光输出,光光转换效率为38.8%;采用曲率半径为－2 000 mm的输出镜,获得了18.65 W的1 030 nm连续激光输出,光束质量平分因子小于等于1.1,光光转换效率为26.8%。     

LD端面泵浦变热导率圆片Yb∶YAG激光器的热效应

针对激光二极管端面泵浦圆片Yb∶YAG晶体产生的热效应问题,以实际工作特点为基础,通过热传导理论分析了热效应。分析了不同泵浦功率、超高斯阶次、光斑半径、晶体尺寸因素对变热导率圆片Yb∶YAG晶体温度场的影响。研究结果表明,使用泵浦功率为60W、超高斯阶次为5、光斑半径为400μm的泵浦光对含质量分数为8%、晶体半径为4mm、厚度为0.5mm的圆片Yb∶YAG晶体进行泵浦,在将晶体的热导率分别视为常量和变量时,泵浦端面获得的最大温升分别为52.15℃和59.51℃。根据计算结果,设计了适合的激光器热稳腔,能充分抑制激光器产生的热效应问题。     

激光二极管泵浦的重复频率大能量低温Yb:YAG激光器设计

为实现重复频率大能量激光输出,基于Yb:YAG激光介质低温下良好的热特性和激光特性,设计了12 kW高功率激光二极管(LD)阵列泵浦的V型腔低温Yb:YAG激光器（液氮温度）。对于泵浦耦合系统和散热结构两个关键点,分别使用光线追迹方法和有限元方法进行了分析,提出了楔形真空窗口和低温热管等解决方案。模拟结果表明,该设计的激光器热效应较低,可实现重复频率大能量输出。     

激光二极管泵浦的重复频率大能量低温Yb:YAG激光器设计

为实现重复频率大能量激光输出,基于Yb:YAG激光介质低温下良好的热特性和激光特性,设计了12kW高功率激光二极管(LD)阵列泵浦的V型腔低温Yb:YAG激光器(液氮温度)。对于泵浦耦合系统和散热结构两个关键点,分别使用光线追迹方法和有限元方法进行了分析,提出了楔形真空窗口和低温热管等解决方案。模拟结果表明,该设计的激光器热效应较低,可实现重复频率大能量输出。     

LD端面泵浦Nd:YAG激光器热效应研究

考虑晶体特性参量如热导率、热折射率梯度以及热膨胀系数等随温度变化的影响,通过求解热流方程给出了LD纵向泵浦Nd:YAG激光器激光介质的热透镜和热负荷比测量的表达式,分析了影响热负荷比测量的因素,对以前报道的热负荷比实验测量值与理论值存在的差别给予解释,理论分析与以往的实验结论相符.     

激光二极管bar侧面泵浦Nd∶YAG激光器热效应研究

从不同侧面泵浦方式的泵浦光强分布出发,依据热传导方程,求解出棒状激光晶体内的温度分布,计算出不同泵浦分布时的理论热透镜焦距,并进行热透镜实验。理论分析和实验表明,随着泵浦方向的增多,晶体内泵浦光强和温度分布越接近于轴向对称分布,热透镜更接近球面透镜。     

LD端面泵浦腔内倍频Yb∶YAG绿光激光器

报道了一种激光二极管（LD）端面泵浦10at％掺杂Yb∶YAG激光晶体（4×4×1 mm）和Ⅰ类临界相位匹配LBO的腔内倍频全固态绿光激光器.为了克服“绿光问题”,采用了两个激光二极管偏振耦合系统.在双路泵浦功率为1.2 W时,获得最高功率为40 mW 525 nm的连续基模激光输出.在腔内插入Cr4＋:YAG饱和吸收体被动调Q,在泵浦功率为1.2 W时,可以获得平均功率为5.2 mW,脉冲重复频率为2.44 kHz,脉冲宽度为51.5 ns,峰值功率为41.7 W的515 nm脉冲激光输出.输出波长发生变化,而且515 nm脉冲激光输出的阈值仅为728 mW.     

高功率半导体激光端面泵浦方形掺Nd3+离子激光晶体热形变研究

为了解决高功率半导体激光器端面泵浦激光晶体引起的热效应问题,激光晶体泵浦端面的热形变必须进行准确的计算.通过对于全固态激光器中激光晶体的工作特点分析,建立了矩形截面激光晶体热分析模型.基于热传导方程,提出了泊松方程的一种新解,并获得了矩形截面激光晶体端面热形变分布的一般解析表达式.同时讨论了半导体激光器偏心泵浦激光晶体给端面热形变带来的影响.与有限元分析方法以及其他数值分析方法相比,解析分析方法不会给计算引入任何的误差.热形变的解析分析为解决激光晶体的热效应问题以及提高激光器的性能提供了理论的依据.     

LD端面泵浦腔内倍频Yb:YAG绿光激光器

报道了一种激光二极管(LD)端面泵浦10at%掺杂Yb:YAG激光晶体(4×4×1mm)和Ⅰ类临界相位匹配LBO的腔内倍频全固态绿光激光器.为了克服"绿光问题",采用了两个激光二极管偏振耦合系统.在双路泵浦功率为1.2W时,获得最高功率为40mW525nm的连续基模激光输出.在腔内插入Cr4+:YAG饱和吸收体被动调Q,在泵浦功率为1.2W时,可以获得平均功率为5.2mW,脉冲重复频率为2.44kHz,脉冲宽度为51.5ns,峰值功率为41.7W的515nm脉冲激光输出.输出波长发生变化,而且515nm脉冲激光输出的阈值仅为728mW.     

全固体小型Yb:YAG激光器热效应及输出特性研究

利用中红外相机及干涉测量技术研究了二极管泵浦小型Yb:YAG激光增益介质在激光及非激光条件下的温度分布、温度梯度、热透镜效应,同时根据对热效应的研究,对激光器的参量进行了优化研究了在不同掺杂浓度下激光器的输出特性对于2.3at.%掺杂浓度,得到激光输出功率为1.7W,斜效率26.2%,光光转换效率为13.5%的实验结果;对于5.0at.%掺杂浓度,得到激光输出功率为2.5W,斜效率51%,光光转换效率为24%的实验结果。     

激光二极管端面抽运的棒状Yb：YAG激光器

分析了影响激光二极管抽运Yb：YAG激光器调Q效率的参量，推导了激光二极管端面脉冲抽运Yb：YAG晶体的速率方程，解出了双程抽运情况下的净抽运量子产率。利用数值计算方法，模拟了净抽运量子产率与晶体长度，抽运光脉冲宽度等关系，得出晶体长度的优化可以提高Yb：YAG激光器输出效率。计算了词Q Yb：YAG激光器的最大增益、最大储能，分析了放大自发辐射对于Yb：YAG能量存储的影响。同时给出了激光二极管端面抽运调Q Yb：YAG优化设计方法。这些分析和计算为实际器件的研制提供参考。     

激光二极管端面泵浦多段复合板条激光器热效应

针对激光二极管端面泵浦的多段渐变浓度复合板条激光增益介质,提出了两种选取掺杂浓度的方法,并分别计算了多段渐变浓度复合板条增益介质的热量、温度及应力分布.结果表明,与单一掺杂浓度板条增益介质相比,采用多段渐变浓度复合增益介质可显著降低增益介质内部的温度梯度及最大热应力,从而提高了激光器整体的损伤极限泵浦功率,有利于激光器的功率升级.     

Diffraction losses of Nd:YAG and Yb:YAG laser crystals

Based on space-dependent rate equations, the lowest threshold input power for a diode end-pumped solid-state laser is obtained for the pump spot size w_p→0. However, as the pump beam waist is decreased, the thermally induced effects in the laser rod would be very high. Diffraction losses caused by radial and tangential variations of refractive index have been analyzed and compared for the Nd : YAG and the Yb : YAG at room temperature (300 K) and liquid-nitrogen temperature (77 K).     

梯度掺杂Yb:YAG重频激光器热管理研究

为了改善重频激光器的热性能,本文采用了键合Yb:YAG晶体薄片作为激光增益介质,介质中掺杂粒子浓度呈梯度分布.文章计算了不同参数条件下介质抽运过程,得到介质内部的储能,温度和应力分布,并从中选出较为优化的介质参数.计算表明,采用梯度掺杂的方法,介质温度降低,形变和热应力减小,波前畸变改善.理论上证明了采用梯度掺杂的方法改善热管理的可行性.     

Yb :YAG晶体的闪烁特性

通过不同Yb³⁺掺杂浓度(5%~30%,原子数分数)的Yb:YAG晶体的阴极射线发光谱、衰减时间、光输出及其温度依赖关系的测量,研究了Yb:YAG晶体的闪烁性能.不同Yb³⁺掺杂浓度的Yb:YAG晶体具有不同的光输出和猝灭温度,光输出随Yb³⁺掺杂浓度的增大而降低,猝灭温度则随掺杂浓度的增大而升高.室温下Yb:YAG晶体的发光衰减时间较短,均小于50ns.Yb³⁺掺杂浓度为5%的Yb:YAG晶体具有较高的光输出和较低的猝灭温度.     

Yb:YAG及Cr,Yb:YAG晶体的发光特性

研究了室温下YbYAG的上转换荧光光谱,此荧光归因于Yb3+离子的"合作"发光和Yb3+离子到稀土杂质离子的能量转移.测试了YbYAG晶体的X射线荧光,发光峰对应于电荷迁移态到Yb3+离子的基态、激光态间的跃迁.研究了Cr,YbYAG晶体的荧光光谱,讨论了Cr4+激光输出的可能性.