角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

 为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。     

千瓦级二极管泵浦热容固体激光器

热容激光器与常规的高功率固体激光器的本质区别是激光介质的热管理方式不同，常规高功率固体激光器是边工作边冷却，而热容式激光器采用了工作时间和冷却时间相分离的热管理模式。因此热容激光器不再受介质断裂极限限制，可提高平均输出功率，同时由于工作时介质内部不存在显著的温差、热应力，可有效减小光程畸变提高光束质量。     

角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性

角锥棱镜阵列具有溯源反射和准相位共轭两大特点,可在一定程度上补偿高平均功率固体激光器的热畸变。但由于这种角锥棱镜阵列自身的缺陷和由它构成的谐振腔输出激光模式众多的特点,限制了其在谐振腔中的应用。分析了角锥棱镜阵列谐振腔产生多模输出的原因,提出了采用腔内滤波的方法实现单模输出。理论模拟和实验研究结果表明：利用该方法可较好地改善阵列角锥棱镜谐振腔的输出特性,获得了近5倍衍射极限的输出。     

角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性

 角锥棱镜阵列具有溯源反射和准相位共轭两大特点,可在一定程度上补偿高平均功率固体激光器的热畸变。但由于这种角锥棱镜阵列自身的缺陷和由它构成的谐振腔输出激光模式众多的特点,限制了其在谐振腔中的应用。分析了角锥棱镜阵列谐振腔产生多模输出的原因,提出了采用腔内滤波的方法实现单模输出。理论模拟和实验研究结果表明：利用该方法可较好地改善阵列角锥棱镜谐振腔的输出特性,获得了近5倍衍射极限的输出。     

固体热容激光器与热稳态固体激光器温度场和应力场的比较研究

 建立了3维温度场及应力场模型,并采用有限元分析方法对Nd:YAG作为激活介质的固体热容激光器与热稳态固体激光器进行了对比研究。激光二极管阵列距离晶体3.5 mm,阵列功率2×4.2 kW,bar间隔0.4 mm,每bar发光面积为1 μm×5 mm,频率100 Hz,脉宽100 μs,Nd:YAG晶体初始温度20 ℃,冷却水温20 ℃。计算结果表明：热容模式激光介质的表面温度高于中心温度,稳态模式刚好相反, 稳态模式温差极值（19.8 ℃）是热容模式(6.4 ℃)的3.1倍,温度梯度极值(11.9 ℃/mm)是热容模式(2.46 ℃/mm)的4.8倍,热流密度极值(0.136 W/mm²)是热容模式(0.021 W/mm²))的6.4倍;稳态模式激光介质的表面出现张应力,中心出现压应力,热容模式则刚好相反,稳态模式压应力极值(18.27 MPa)是热容模式(12.1 MPa)的1.5倍,张应力极值(38.39 MPa)是热容模式(10.3 MPa)的3.9倍。由于晶体可以承受的压应力的破坏阈值远高于张应力,所以热容模式的固体激光器比稳态模式的固体激光器可以工作在更高的泵浦功率水平上。     

氙灯泵浦kW级固体热容激光器电源系统

kW级固体热容激光器的电源系统由大功率高压恒流充电单元、储能单元、放电控制单元、脉冲氙灯与预燃单元、总控与测量单元等部分组成.实际应用表明,该系统已达到了单脉冲输出能量7.5 kJ,重复工作频率10 Hz的设计指标,并具有平均功率高、效率高、可靠性好等特点.     

千瓦级半导体抽运的固体热容板条激光器

报道了千瓦级激光二极管面阵抽运固体热容激光器的理论与实验研究,分别采用Nd∶YAG单板条和双板条串接的热容激光器,利用热容激光器的理论计算模型计算了在一定的工作时间内激光输出特性,并进行了实验验证。实验中采用的晶体尺寸均为59mm×40mm×4.5mm,对单板条进行抽运时平均功率大约为5.6kW,双板条串接时为11.2kW,重复频率为1kHz,占空比为20%。实验中观察了1s的工作时间内脉冲能量输出的波动情况,单板条时单脉冲能量输出最大为1.3J,在1 s后单脉冲能量输出下降到开始的70%左右,而双板条串接时单脉冲能量输出最大为2.06J,在1s后单脉冲能量输出下降到开始的50%左右,对单块晶体采用通水冷却的准热容热管理模式能有效地降低其热效应。     

角锥棱镜腔主动调Q绿光固体激光器的研究

为了保证激光器在高重复频率运转时的输出能量不下降,采用角锥棱镜作为主动调Q激光器的全反射镜,利用其退偏特性和腔外双通倍频技术,在重复频率为25Hz时,532nm绿光的输出能量比1Hz时上升约6．9％,可满足水下激光主动成像系统对激光光源的要求。     

采用多波长光束组合改善二极管激光阵列的光束质量

 基于多波长光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,将二极管阵列的发光单元锁定在不同的波长上,相邻单元的出射光波长有微小的差异。从外腔耦合镜输出近似平行的光束,其光束质量等同于单个发光单元的光束质量,而组合光束亮度随着组合光束个数定标放大。实验中采用发光单元宽度为100 μm、填充因子为0.5、由49个单元构成的1 cm 阵列获得功率为2.39 W的输出光束,其光谱宽度为27 nm,远场光斑的直径为0.08 mm,对应的远场发散角为1.2 mrad,其光束质量因子约为28,与单个发光单元的光束质量相当。     

半导体激光器光束质量改善新技术综述

半导体激光器是一种重要的光电器件,其出射光束的质量改善在应用中具有十分重要的意义。介绍了采用折射原理的渐变折射率透镜光束改善系统,以反射原理为依据的高精度反射元件,以衍射理论为基础的二元系统和多原理结合的光束性能改善系统。对近期国内外出现的像散梯度渐变折射率透镜、液胞器件、独立反射元件等新技术进行了阐述。     

高功率高光束质量脉冲Nd: YAG激光器

以实现高功率、高光束质量的脉冲激光输出为目的,对非对称平-凹谐振腔的结构进行了理论分析。设计出了高功率、高光束质量非对称放置的平-凹谐振腔、双氙灯泵浦的脉冲Nd: YAG激光器。当占空比为9%时,实现输出激光平均功率近480 W,光束参数积优于12.7 mm·mrad,电光转化效率近4%,与理论分析吻合,可用芯径300 μm的光纤传输,不稳定性优于±1%。加工实验证明有较好的质量：切割材料为不锈钢,厚度为3 mm时、切割速度为0.6 m/min和厚度为1.5 mm、切割速度为1.2 m/min时,两种情况下所得切缝宽度均为250 μm,且切割上下沿光滑。     

高功率高光束质量脉冲Nd: YAG激光器

 以实现高功率、高光束质量的脉冲激光输出为目的,对非对称平-凹谐振腔的结构进行了理论分析。设计出了高功率、高光束质量非对称放置的平-凹谐振腔、双氙灯泵浦的脉冲Nd: YAG激光器。当占空比为9%时,实现输出激光平均功率近480 W,光束参数积优于12.7 mm·mrad,电光转化效率近4%,与理论分析吻合,可用芯径300 μm的光纤传输,不稳定性优于±1%。加工实验证明有较好的质量：切割材料为不锈钢,厚度为3 mm时、切割速度为0.6 m/min和厚度为1.5 mm、切割速度为1.2 m/min时,两种情况下所得切缝宽度均为250 μm,且切割上下沿光滑。     

频率漂移对耦合激光器阵列锁相状态的影响

耦合激光器阵列可以通过激光器之间的倏逝波耦合实现相位锁定,是有望实现光束相干合成的方案之一。为了探究该阵列锁相状态的稳定性,分析了频率漂移对两路激光器阵列相位锁定状态的影响。通过对耦合激光器阵列动力学方程的数值研究发现,频率漂移将破坏激光器阵列的锁相状态,并引入相位噪声,导致输出远场光强分布不稳定; 研究还发现：倏逝波耦合能够对频率漂移的影响起到一定的抑制作用,但这种抑制只在频率漂移较弱时才有效,因此,如果将该阵列用于光束合成,加入相应的抗干扰措施还是很必要的。数值分析的结果还表明：频率漂移的低频成分对于阵列相位锁定状态的影响更为剧烈,因此,抗干扰措施应主要针对低频干扰来进行。     

利用受激布里渊散射改善偏振抽取腔光束质量的研究

在理论上分析了受激布里渊散射相位共轭效应和阈值效应对后向受激布里渊散射光束发散角的影响。在实验上，用受激布里渊散射相位共轭镜（SBS PCM）代替普通反射镜构成Nd:YAG激光器的偏振抽取腔，补偿了激活介质和光学元件造成的波前畸变，压缩了发散角，改善了光束质量。研究了抽运能量、透镜焦距等因素对受激布里渊散射偏振抽取腔输出光光束质量的影响。     

固体激光器光束合成特性分析

光束合成是研制高功率、高光束质量固体激光器的必由途径.建立板条介质固体激光器阵列光束合成的理论模型,从子束间距、整体相位差、偏振态、随机像差等方面,分析了合成光束的远场特性.通过数值模拟可以看到,子束间距决定了合成光束远场光斑的衍射旁瓣的大小和多少;子束间整体相位差决定着合成光束远场中心光斑是否分离,并影响着峰值光强和...     

固体棒状热容激光器的热分析

 计算出固体棒状热容激光器在不同散热边界条件下的温度分布和随时间的演变,与实验测量的结果进行了对比。计算结果表明：激光器工作在热容模式时,不同散热边界条件下激光介质内的温度分布在激光发射期间区别不大,激光发射期间,激光介质内的温度分布主要取决于泵浦光的吸收。但是散热过程中的不同散热边界条件下温度分布演化大不相同,此时的温度分布主要取决于散热边界条件。     

固体棒状热容激光器的热分析

计算出固体棒状热容激光器在不同散热边界条件下的温度分布和随时间的演变,与实验测量的结果进行了对比。计算结果表明：激光器工作在热容模式时,不同散热边界条件下激光介质内的温度分布在激光发射期间区别不大,激光发射期间,激光介质内的温度分布主要取决于泵浦光的吸收。但是散热过程中的不同散热边界条件下温度分布演化大不相同,此时的温度分布主要取决于散热边界条件。     

量子阱半导体激光器的光束质量

本文给出了一种非截取地收集非傍轴激光束,并把它变换成傍轴光束的方法,将之运用到量子阱半导体激光器的实验中发现了一些重要的现象.经过测量和计算得到它垂直于结方向的等效光束质量原子M_y²明显小于1,根据该结果对半导体激光器的设计和使用提出了建议.     

子束排列方式对固体激光器光束合成特性的影响

建立了固体激光器矩形光斑光束合成的理论模型,对诺·格公司给出的2束、4束、8束合成实验结果进行分析,并通过数值模拟,得到了不同子束排列方式下合成光斑的远场图形。通过仿真模拟可以得出:排列结构影响远场光斑的形状;子束间距决定了合成光束远场光斑的衍射旁瓣的大小和多少。采用环围能量进行分析,研究了远场光斑中主瓣能量随激光阵列占空比的变化。结果显示,远场光束环围功率随子束间距的增大而逐渐下降,而且参与相干合成子束越多,下降越大。     

子束排列方式对固体激光器光束合成特性的影响

 建立了固体激光器矩形光斑光束合成的理论模型,对诺·格公司给出的2束、4束、8束合成实验结果进行分析,并通过数值模拟,得到了不同子束排列方式下合成光斑的远场图形。通过仿真模拟可以得出:排列结构影响远场光斑的形状;子束间距决定了合成光束远场光斑的衍射旁瓣的大小和多少。采用环围能量进行分析,研究了远场光斑中主瓣能量随激光阵列占空比的变化。结果显示,远场光束环围功率随子束间距的增大而逐渐下降,而且参与相干合成子束越多,下降越大。