LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场研究

为了研究LD面阵侧面泵浦Nd∶YAG晶体吸收光场的均匀性,本文提出了一种新的求解泵浦光路径的计算方法。首先建立了适用于不同泵浦结构的激光二极管多侧面泵浦全固态激光器的晶体吸收光场分布模型;然后模拟并分析了单向面阵泵浦结构各参量:bar条个数、bar条间隔、bar面倾斜程度对面阵泵浦晶体吸收光场均匀性及泵浦效率的影响。本文研究为LD侧面泵浦全固态激光器的设计和研究提供理论基础。     

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器时变热效应分析

建立了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦棒状Nd:YAG增益介质时变热效应理论计算模型。采用有限元Ansys软件模拟分析了脉冲LDA侧面泵浦大能量固体激光器的时变热效应特性。研究结果表明,所研究的脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器热效应具有时变特性,介质横截面内中心点处的稳态温度场分布随时间呈锯齿形周期变化,锯齿形变化频率为LDA泵浦频率,脉冲LDA泵浦参数对介质稳态温度场分布有较大影响。分析和计算了介质内热梯度、应力双折射以及激光晶体端面效应等导致的晶体热透镜焦距。计算表明,介质的热焦距主要来源于介质内温度梯度引起的热透镜焦距。     

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器时变热效应分析北大核心CSCD

建立了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦棒状Nd:YAG增益介质时变热效应理论计算模型。采用有限元Ansys软件模拟分析了脉冲LDA侧面泵浦大能量固体激光器的时变热效应特性。研究结果表明,所研究的脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器热效应具有时变特性,介质横截面内中心点处的稳态温度场分布随时间呈锯齿形周期变化,锯齿形变化频率为LDA泵浦频率,脉冲LDA泵浦参数对介质稳态温度场分布有较大影响。分析和计算了介质内热梯度、应力双折射以及激光晶体端面效应等导致的晶体热透镜焦距。计算表明,介质的热焦距主要来源于介质内温度梯度引起的热透镜焦距。     

LDA侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光放大器模拟与实验研究

介绍了一种激光二极管叠阵（LDA）侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光放大器构型,采用三维光线追迹方法进行了详细的模拟仿真,优化设计了此放大器系统的泵浦耦合结构,主要研究了多边形增益介质的掺杂离子浓度与侧面切角对介质内部泵浦光分布的影响。在晶体厚度1.5 mm、端面口径16 mm的条件下,侧面切角在35°～65°,Nd3+掺杂浓度为0.20 at.%～0.30 at.%时,模拟仿真中Nd:YAG多边形薄片对泵浦光的吸收分布较均匀,泵浦光分布均匀性均优于0.1,同时在实验中得到了平顶的荧光分布和增益分布。介质内储能的均匀平顶分布有利于实现高功率高光束质量的激光输出,为侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光器系统的设计与进一步实验提供了重要参考。     

激光二极管叠阵侧面泵浦多边形Nd∶YAG薄片激光器泵浦均匀性模拟仿真北大核心CSCD

阐述了一种激光二极管叠阵以zigzag方式侧面泵浦多边形Nd∶YAG薄片放大器的模拟研究,建模对Nd∶YAG晶体内泵浦光的吸收情况进行了深入的数值模拟与分析,研究了晶体的Nd^(3+)掺杂浓度对泵浦光分布均匀性的影响。研究表明,采用多个方向泵浦和zigzag泵浦方式易于实现介质内泵浦光的均匀分布,在晶体的Nd^(3+)离子掺杂浓度为0.25at.%时,仿真得到的泵浦光吸收分布为平顶型,分布的均匀性均为0.0505。对侧面泵浦多边形薄片激光放大器的进一步研究提供了参考。     

高温LDAs泵浦紧凑型Nd:YAG激光器

设计了一套紧凑型高温激光二极管阵列端面泵浦电光调Q Nd∶YAG激光器。为使激光器整体结构紧凑,以高温激光二极管阵列作为泵源以有效地降低Nd∶YAG激光器散热压力。利用Ansys软件对高温激光二极管阵列工作时的温度场进行模拟。使用基于K9玻璃材质的导光锥将泵浦光耦合进Nd∶YAG晶体内。利用Traceproc软件模拟了导光锥前后端面的光场分布。采用5mm×5mm×40mm、掺杂浓度为1.0at。%的Nd∶YAG晶体作为增益介质,利用Ansys软件对200μs,250μs泵浦脉宽条件下的晶体内部温度场分布进行模拟并计算了激光器工作时的热透镜焦距。结果表明,本文设计的紧凑型激光器可以实现稳定的脉冲激光输出。在重复频率20Hz,泵浦源电压脉冲宽度250μs、300μs条件下,获得了单脉冲能量44.1mJ和50.2mJ的单脉冲输出,对应脉冲宽度分别为18.3ns和21.3ns,斜效率为12.35%和12.24%.     

LDA侧面泵浦薄片激光器的泵浦光和温度分布

建立了激光二极管阵列(LDA)环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型,LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA的输出光束特性,考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性,根据经典热传导方程,运用有限单元法,得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律,讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律,所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。     

LD阵列侧面泵浦棒状激光介质内的光场研究

建立了LD侧面泵浦激光介质内的光场分布数值模型。通过光线追迹方法,简化了介质对泵浦光折射的计算方式。利用Matlab软件数值模拟了泵浦光在介质内的归一化分布。提出获得高质量、高能量的激光输出参数的选取原则。当LD的束腰半径为1μm、LD的数量为40个、介质的半径为1.5mm、发光面到介质的泵浦距离为0.5mm、介质吸收系数在2cm-1～6cm-1之间时,泵浦光在激光介质内的增益分布较好。     

LDA侧面泵浦Nd:YAG激光器的热效应分析

 在高斯光强近似下对泵浦LD光强分布模型进行修正，建立了LDA侧面泵浦固体激光介质内热源分布的数值模型。用有限元法计算模拟了三角均匀分布侧面泵浦结构激光棒瞬态温升过程及稳态温度分布情况。讨论比较了泵浦源的高斯强度近似和均匀强度近似下激光棒内温度分布情况，并对激光棒的类热透镜的焦距进行实验测量。实验和数值计算说明了LDA泵浦结构和冷却场的非均匀分布使实际温度场偏离均匀泵浦时的二次曲线分布模型，激光晶体热效应产生的类透镜会聚作用的不对称导致了激光器输出光束质量在x，y方向上的不同。     

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。     

环形激光二极管抽运棒状激光器中瞬态温度和热应力分析

直接从激光二极管发光强度的角分布出发,采用光线追迹方法获得激光棒内的热沉积分布,在此基础上采用热传导模型和热力模型,比较了不同抽运功率、不同棒半径下达到稳态温度分布的时间,并且对稳态和瞬态热应力进行了详细模拟计算。结果表明,采用环形激光二极管阵列侧面抽运的棒状激光器中的热效应问题十分严重,不同的抽运结构参量下,温度分布不同;达到稳态所需时间随棒半径增大而增加,而不受抽运功率的影响;抽运功率越大,棒内温差增大,热应力也越大;热破坏主要集中于激光棒中心区域和表面区域。     

LD侧泵Nd∶YAG/S-KTP腔内倍频高功率660nm连续红光激光器

报道了LD侧面泵浦Nd∶YAG/S-KTP腔内倍频高功率660nm连续红光激光器。泵浦组件（呈三角形等间距分布）由9个20W的激光二极管组成，最大泵浦功率为180W。通过对谐振腔参数进行优化设计，用LD连续抽运3mm×65mm Nd∶YAG激光棒时，获得了波长为1319nm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22A时，获得了6.8W的连续红光激光输出，光-光转换效率为4.3％。     

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。     

A 658-W VCSEL-pumped rod laser module with 52.6% optical efficiency

A high-efficiency and high-power vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) side-pumped rod Nd:YAG laser with temperature adaptability are demonstrated. The VCSEL side-pumped laser module is designed and optimized. Five VCSEL arrays are symmetrically located around the laser rod and a large size diffused reflection chamber is designed to ensure a uniform pump distribution. Furthermore, the absorbed pump power distribution of the rod is simulated to verify the uniformity of the pump absorption. Finally, a proof-of-principle experiment is performed in short linear cavity laser with single laser module. A continuous-wave output power of 658 W at 1064 nm is obtained, the corresponding optical-to-optical efficiency is 52.6%, and the power variations are ±0.7% over 400 s and ±3.1% over the temperature range from 16 ℃ to 26 ℃. To the best of our knowledge, this is the highest output power and the highest optical-to-optical efficiency ever reported for VCSEL pumped solid-state lasers. By inserting a telescopic module into the cavity and optimizing the TEM₀₀ mode volume, the average beam quality is measured to be M²=1.34 under an output power of 102 W. The experimental results reveal that such a high power rod laser module with temperature stability is appropriate or field applications.