圆筒激光器热应力分析

圆筒是固体激光器实现高平均功率输出的一种结构,本文计算了在连续或重复脉冲运转时圆筒激光介质中感应温度和热应力,求得激光器能承受的最大泵浦功率,并由此推出实心圆棒和平面板条的结果。 关键词：     

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%.     

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.     

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.     

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。     

LD侧泵Nd:YAG/S-KTP腔内倍频高功率660 nm连续红光激光器

报道了LD侧面泵浦NdYAG/S-KTP腔内倍频高功率660 nm连续红光激光器.泵浦组件(呈三角形等间距分布)由9个20 W的激光二极管组成,最大泵浦功率为180 W.通过对谐振腔参数进行优化设计,用LD连续抽运3 mm×65 mm NdYAG激光棒时,获得了波长为1 319 nm的基频光振荡.利用S-KTP Ⅱ类临界相位匹配腔内倍频技术,当泵浦电流为22 A时,获得了6.8 W的连续红光激光输出,光-光转换效率为4.3%.     

双包层掺镱光纤激光器连续和调Q运转的实验研究

采用布拉格光纤光栅作为谐振腔,实现了980 nm半导体激光器端面泵浦下的双包层掺镱光纤激光器的连续和调Q运转.连续激光实验结果表明,在泵浦功率固定时,增益光纤存在激光输出功率最大情况下的最佳长度,当泵浦功率增大时,最佳增益光纤长度也随之增加.采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体,插入增益光纤与布拉格光纤光栅之间,实现了光纤激光器的稳定被动调Q运转.当泵浦功率为2.87W时,得到了最小脉冲宽度33 ns、重复率38.5 kHz的脉冲序列;随着泵浦功率进一步增大,出现不稳定的调Q锁模现象.     

布里渊-掺铒光纤随机光纤激光器输出特性分析

设计了一种基于受激布里渊散射和掺铒光纤混合增益的随机光纤激光器,该激光器选用两段长为20km的单模光纤组成全开放腔结构,利用单模光纤的瑞利散射提供随机光反馈.研究表明,固定布里渊泵浦波长和泵浦功率分别为1 550.00nm和2.19mW时,增加掺铒光纤泵浦功率,可以实现两个波长的随机激光输出,一阶和二阶受激布里渊散射光与布里渊泵浦光波长间隔分别约为0.088nm和0.174nm,产生一阶和二阶受激布里渊散射对应的掺铒光纤泵浦功率分别为190mW和370mW;当掺铒光纤泵浦功率为433mW时,激光器两端的最大输出功率为1.60mW和1.68mW.当掺铒光纤泵浦功率明显高于阈值功率时,获得的一阶和二阶随机激光输出稳定,3dB线宽约为0.022nm,峰值强度和位置基本不随时间而变化.     

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器技术

二极管泵浦NdYAG棒双通放大器采用两个峰值功率6.5 kW激光泵浦模块作为泵浦源.每个激光泵浦模块由81个二极管激光器组成,NdYAG棒直径为6 mm,Nd掺杂质量分数1%.在两个封装方式和结构一致的激光泵浦模块之间采用光学像传递和插入90°石英旋转片进行退偏补偿.在重复频率400 Hz,谐振腔输出单脉冲能量6 mJ时,双通输出400 mJ,激光器光-光转换效率为12.3%,光束质量4.6,脉宽15 ns.     

基于光纤光栅谐振腔的掺镱全光纤激光器设计(英文)

采用数值分析方法分析了光纤长度、后腔镜反射率等因素对激光器输出阈值泵浦功率、输出功率的影响,为全光纤激光器的优化设计提供了理论基础.在设计过程中采用光纤光栅作为光纤激光器的反馈与选频腔镜,通过锥度光纤实现了泵浦模块与掺镱双包层光纤之间的低损耗连接以及高效率的泵浦激光功率传输,成功研制了具备稳定窄化线宽激光输出的掺镱全光纤激光器.实验得到了波长峰值在1 082 .50 nm,谱线宽度0 .113 nm,最大输出功率8 .5 W,泵浦阈值功率0 .8 W,斜率效率为70 .8 %的稳定激光输出.     

连续钛宝石激光器最佳输出透射率的测量

在连续钛宝石激光器中，在一定泵浦功率下通过直接测量腔内熔融石英片在不同入射角时的反射耦合输出，得到了激光器的最佳输出透射率。在两个不同的输出透射率条件下，测量激光器的泵浦阈值，经计算求得了不同泵浦功率下激光器最佳输出透射率的理论值。对浓度不同的钛宝石棒均作了测量和计算，测量值与理论值基本符合。     

板状激光振荡介质温度场和应力场的数值模拟

以非均匀内热源模型为基础,并考虑材料的导热系数和热膨胀系数的温度相关性,利用有限元方法,对板状激光振荡介质在不同功率和冷却强度下的温度和热应力分布进行了数值模拟及分析。根据计算结果提出了最大有效换热系数的概念,指出换热系数超过最大有效换热系数后,继续强化传热对减小高功率激光器的热效应已无明显效果。以此得出采用常规冷却技术所允许的最大泵浦加热功率。     

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。     

双包层光纤激光器的受激拉曼散射与热应力

 建立了高功率掺镱双包层光纤激光器的速率方程模型与热应力模型,对影响受激拉曼散射效应和热应力效应的关键参数（如纤芯半径、光纤长度、泵浦波长、泵浦方式）进行了数值模拟。结果表明:对于较小的纤芯半径,光纤内的斯托克斯光功率较大且增长迅速,因此增加纤芯半径能有效减弱受激拉曼散射效应;减小光纤长度能提高受激拉曼散射的阈值,而纤芯的热应力也增大,因此在不出现热应力引起光纤断裂的情况下,可以减小光纤长度以提高输出功率;采用976 nm波段泵浦源能提高输出功率,降低热应力的影响;两端均匀泵浦方式可以有效降低纤芯热应力,同时维持高功率输出。     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤激光器

用棒管法拉制了Tm³⁺/Ho³⁺掺杂的碲酸盐微结构光纤,并获得了2 μm的激光输出。以1 560 nm的Er³⁺掺杂石英光纤激光器作为泵浦源,在22 cm长的微结构光纤中,得到了最大功率为8.34 mW、波长为2 065 nm的连续激光输出,泵浦光功率为507 mW,斜率效率为2.97%。研究结果表明,Tm³⁺/Ho³⁺共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2 μm激光器的理想材料。     

包层泵浦的高功率掺铥光纤激光器

研究了一种输出功率高且光束质量好的包层泵浦的掺铥光纤激光器.当泵浦功率达到30 W时,该掺铥光纤激光器产生的最大输出功率是6.1 W,且波长在2 μm左右,斜率效率达到55.6%,产生激光的阈值是2.2 W.当输出功率为3.3 W时,测得光束质量M2X和M2Y分别为1.26和1.32.     

双向反馈布里渊-喇曼光纤激光器输出特性

设计了一种双向反馈布里渊-喇曼光纤激光器,研究了布里渊泵浦对输出特性的影响.布里渊-喇曼光纤激光器由一段7km色散补偿光纤、1 455nm喇曼泵浦、可调谐激光器及双反馈环组成.喇曼泵浦功率固定在250mW,布里渊泵浦工作波段在喇曼峰值增益处附近,可得到较多波长数输出.随着布里渊泵浦功率增加,相邻的布里渊斯托克斯光和经背向瑞利散射的斯托克斯光之间功率差减小,同时各阶斯托克斯光平均强度增加并达到饱和.受色散补偿光纤中喇曼交叉增益影响,布里渊泵浦功率由1.8dBm增加到6.9dBm,输出多波长数先增后减.当布里渊泵浦功率为4.4dBm时,对应输出波长数最多,为37个,波长间隔0.078nm.     

半导体激光器纵向泵浦准连续Cr:LiSAF激光器的实验研究

用波长为653.2nm的半导体激光器实现了纵向泵浦Cr:LiSAF激光器的准连续运转,晶体平均吸收功率为140mW时获得激光输出,在LD最大输出功率范围内,晶体平均吸收功率为680mW时,可获得最大平均输出功率32mW,斜效率5.6%.     

光纤环形镜线形腔掺Er3+光纤激光器输出特性的数值分析

在分析光纤环形镜工作原理的基础上,给出了基于光纤环形镜的线形腔掺Er3+光纤激光器相位和幅度的振荡条件.通过求解速率方程,理论分析了其输出特性,获得了稳态条件下激光器输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率的解析表达式.推导出激光器工作所需掺Er3+光纤最短长度,并在给定泵浦光功率时,在特定输出波长上获得最大输出功率所需最佳掺Er3+光纤长度的表达式,且通过实验进行了验证.     

二极管端面泵浦的附加脉冲锁模的Nd∶YLF激光器

研究了二极管端面泵浦的附加脉冲锁模的Nd∶YLF激光器, 并分析了脉冲压缩原理及自启动机制. 在最大泵浦功率为2.4 W时, 得到重复频率为134 MHz、脉宽为2 ps、有效输出功率76 mW、相应峰值功率为283 W、波长为1.053 μm的稳定的连续锁模脉冲序列.