Nd:YAG晶体生长过程中熔体液流速度场的数值模拟

采用有限差分法对使用Cz(Czoehralski)法生长Nd：YAG激光晶体过程中熔体中的液流速度场进行数值模拟研究。首先给出了Nd：YAG晶体生长系统的数学模型,然后对上述数学模型进行无量纲化处理,最后给出相应的边界条件,使用有限差分法求解上述方程。应用上述方法编制仿真程序。仿真了改变工艺条件后熔体中液流速度场的变化情况,分析了各种工艺条件对液流速度场变化的影响。     

激光、激光技术 激光工作物质

TN244 2005010105 Nd:YAG晶体生长过程中熔体液流速度场的数值模拟= Numerical simulation study on fluid velocity field in melt during the growth of Nd:YAG crystals[刊,中]／苏伟(长春理工大学计算机科学与技术学院．吉林,长春 (130022))．钟景昌…∥发光学报．-2004,25(1)．-85-89 采用有限差分法对使用Cz(Czochralski)法生长Nd: YAG激光晶体过程中熔体中的液流速度场进行数值模拟     

热容型板条激光器3种介质的温度和应力分布比较

阐述了热容型板条激光器重频工作方式下瞬态温度分布和热应力分布解析模型,对Nd∶glass,Nd∶YAG和Nd∶GGG3种介质的温度和热应力分布进行了数值计算和对比分析.结果表明:3种介质的温度分布和应力分布呈现相同的变化趋势.Nd∶glass的温度梯度比其他两者大,Nd∶YAG和Nd∶GGG温度变化非常接近;Nd∶YAG的应力较大,Nd∶GGG次之,Nd:glass最小,但三者差距不大.考虑到三者承受的最大断裂阈值,Nd∶GGG最好,Nd∶YAG次之,Nd∶glass较差.     

端面泵浦渐变浓度Nd:YAG温度场数值仿真研究

采用高功率半导体激光端面泵浦技术,在均一浓度Nd∶YAG中心轴沿泵浦光通光方向可产生温度梯度,引起热透镜效应,降低激光输出功率与光束质量。本文结合静态热场数值仿真,建立Nd∶YAG在方形平顶光泵浦条件下的热源方程,研究渐变浓度Nd∶YAG在高功率激光泵浦下的温度分布。当初始泵浦功率为1000 W、泵浦脉宽时间为46μs、重复频率为1 kHz时,均一浓度Nd∶YAG的吸收系数为5.8 cm^-1,其中心轴沿通光方向的温度由185℃逐次下降到2、4、6、8 mm处的106、51、29、26℃;相应地,每经过2 mm,温度下降率分别为39.5、27.5、11.0、1.5℃/mm。与此相对应,本文构建出一款渐变浓度Nd∶YAG整体式结构,每段厚度均为1 mm,总长度为4 mm。将4段Nd∶YAG的吸收系数依次调控为1.5、2.1、3.3、9.7 cm^-1,则沿泵浦光通光方向的中心轴温度基本维持在86.5℃,在渐变浓度Nd∶YAG中实现沿泵浦光传输方向的温度均匀分布。     

二极管侧泵浦板条固体激光器的热效应研究

 用有限差分法对二极管侧泵浦板条激光介质的温度分布作了数值计算。在此基础上, 对不同条件下二极管侧泵浦激光器的最佳冷却方案进行了研究。用峰值功率为100W, 工作频率为100Hz的二极管泵浦Nd:YAG板条作了实验研究, 所得结果与计算符合较好。     

Nd∶Y_3Al_5O_(12)单晶及纳米粉体的Raman光谱分析

测量了YAG（Y3Al5O12）/Nd∶YAG单晶、Nd∶YAG前驱物及其在不同温度下煅烧获得粉体的拉曼光谱,对谱峰的振动模式进行了指认,对结果进行了分析。Nd∶YAG前驱物在煅烧时,有一个由非晶态向晶态的转化过程;700℃下烧结前驱物获得非晶态产物的结构中含有AlO4四面体结构;随着煅烧温度的升高,拉曼光谱的变化主要表现在两个方面：一是谱峰半高宽（FWHM）减小,谱峰强度增大;二是一些拉曼光谱谱峰发生了频移,这是纳米多晶粉体的界面组元的有序度提高所致。另外,800℃下煅烧获得的Nd∶YAG纳米粉体的晶格振动模式与Nd∶YAG晶体的晶格振动模式存在差异,这是纳米多晶粉体的界面组元的贡献所致。     

Nd∶YAG激光诱导等离子体冲击波实验及对晶状体破坏的研究

测试了利用调Q的Nd∶YAG脉冲激光在水中诱导金属钛产生等离子体冲击波的声压和速度。并利用自行研制的激光乳化系统,对离体猪眼晶状体经硬化处理摹拟白内障进行乳化试验。实验结果表明Nd∶YAG激光等离子体冲击波能对一定硬度的晶状体进行乳化,有可能成为白内障乳化的一种能量源。     

915 nm单频Nd∶YAG晶体衍生光纤激光器

报道了一种基于Nd∶YAG晶体衍生光纤(NYDF)的915 nm单频光纤激光器.使用掺杂原子数分数为2.5％的Nd∶ YAG晶体作为纤芯材料,高纯度石英管作为包层材料,利用熔芯法制备Nd∶ YAG晶体衍生光纤,其传输损耗为8 dB/m,在915 nm处其增益系数为1.16 dB/cm.基于Nd∶YAG晶体衍生光纤,实现了一个稳定的915 nm单频光纤激光器,信噪比大于50 dB.实验结果表明Nd∶ YAG晶体衍生光纤有潜力应用于890～920 nm单频激光器.     

高浓度掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)晶体的光谱与激光特性

测量了高掺杂浓度Nd∶YAG晶体的吸收光谱和荧光寿命。晶体的主吸收峰在 80 8nm处 ,Nd掺杂的摩尔分数为 0 0 30的Nd∶YAG晶体的吸收系数高达 2 0 7cm-1,荧光寿命为 15 0 μs,存在浓度猝灭。进行了钛宝石激光抽运高掺杂浓度Nd∶YAG和Nd∶YVO4 晶体的激光性能对比实验 ,所用Nd∶YAG晶体摩尔分数为 0 0 2 0和 0 0 2 5 ,激光斜率效率分别为 2 9 7%和 32 % ;Nd∶YVO4 晶体摩尔分数为 0 0 30 ,激光斜率效率为 34 7% ,表明了高浓度Nd∶YAG晶体在激光性能上与高浓度的Nd∶YVO4 晶体相当     

新型Nd3+∶Ca4GdO(BO3)3自倍频晶体Cr4+∶YAG被动调Q激光特性研究

采用氙灯抽运自倍频晶体Nd3 +∶Ca4GdO(BO3 ) 3 (简称Nd∶GdCOB) ,Cr4+∶YAG被动调Q ,实现了Nd∶GdCOB晶体被动调Q激光运转 ,测量了饱和吸收体Cr4+∶YAG不同小信号透过率下绿激光单脉冲的输出能量、脉冲宽度、重复率 ,给出了描述Nd∶GdCOB晶体调Q工作原理的耦合波方程组 ,数值求解了该方程组 ,所得的理论结果与实验值相符合     

外延单片式激光二极管抽运被动调Q微激光器

基于液相外延工艺,实现了一种结构新颖的单片式被动调Q微片激光器。采用了在激光介质Nd3 ∶YAG表面直接液相外延生长一层具有饱和吸收特性的Cr4 ∶YAG膜的微谐振腔的结构,由于是同质外延生长过程,能够确保饱和吸收体与增益介质间(Nd3 ∶YAG/Cr4 ∶YAG)良好的界面特性。采用光纤耦合激光二极管,在激光二极管输出为1W的抽运条件下,实现了峰值功率近千瓦、稳定重复频率在4kHz以上、脉宽1.8ns、TEM00单横模式、波长1.064μm的调Q脉冲序列输出。在对新型单片式微激光器的性能报道的基础上,阐述了外延单片式结构及其相应工艺的潜在优势。     

飞秒脉冲激光沉积钕掺杂薄膜特性研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上生长了Nd∶YAG薄膜以及Nd∶Glass薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、光学掺量振荡器(OPO)以及光栅光谱仪等测试装置分析了薄膜的表面和断面结构形貌、组成成分、光学吸收谱以及光致发光谱。结果表明：在室温衬底温度下生长的Nd∶YAG薄膜以及Nd∶Glass薄膜均呈无规则非定型结构,没有明显的取向性微晶生长;PLD生长的Nd∶YAG薄膜中存在0.15 at.%化学计量比的Nd元素;Nd∶YAG块体靶材在750和808 nm有两个明显的吸收峰,而薄膜没有明显的吸收峰;Nd∶YAG薄膜在808 nm波长泵浦光下没有明显的光致发光谱峰,而Nd∶Glass薄膜在877和1 064 nm波长处有明显的光致发光谱峰。说明在室温衬底温度下生长的Nd∶Glass薄膜中Nd元素以Nd3+光学活性离子形式掺杂进玻璃基质中,而Nd∶YAG薄膜中的Nd元素没有以Nd3+光学活性离子形式掺杂进YAG基质中。     

相场晶体法模拟过冷熔体中的晶体生长

利用相场晶体(phase-field crystal)模型,采用有限差分法,模拟了过冷熔体中晶体生长过程,研究了不同相区、不同过冷度对晶体生长过程的影响.结果表明,在共存区中,随着演化的进行,晶体生长被抑制,液-晶边界层逐渐变厚;在单相区中,随着过冷度的增大,晶态区面积显著增加,液-晶边界层逐渐变薄.晶体生长速度和过冷度成近似线性的关系. 关键词： 相场晶体 自由能函数 过冷熔体 晶体生长     

太阳光抽运固体激光工作物质的研究

探讨了适合太阳光抽运的固体激光器工作物质的选择方法,并分析了几种备选工作物质的性质。用Matlab对太阳光谱的现有数据进行了三次样条插值运算,建立了太阳光谱的局部精细离散化模型,并结合红宝石、Nd∶YAG、Yb∶YAG、Nd∶YVO4、Cr∶Nd∶GSGG、掺Nd3 的光学陶瓷和掺Yb3 的石英光纤等激光介质的吸收光谱,进行了太阳光谱与激光介质吸收谱的匹配分析。得出各激光介质所吸收的能量占太阳常量的百分比分别为24.51%,15.98%,2.35%,6.46%,43.91%,15.98%,7.63%。并在一定假设条件下,计算了各介质的阈值抽运功率体密度。综合以上激光介质的材料热特性,选取对太阳光吸收较多,阈值低且热特性好的Nd∶YAG,掺Nd3 光学陶瓷,Cr∶Nd∶GSGG为较适合的太阳光抽运激光工作物质。     

二极管泵浦1064nm单频Nd∶YAG激光器输出功率稳定控制系统设计

介绍了激光二极管(LD)端面泵浦1 064 nm单频Nd∶YAG激光器的工作原理和结构特点,分析了影响这种固体激光器输出功率稳定性的主要因素,设计并实验研究了一种用于稳定该激光器输出功率的控制方案。该方案在严格控制LD和Nd∶YAG晶体工作温度的条件下,当单频Nd∶YAG激光器的输出功率波动时,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一变化规律,利用获得的功率误差信号反馈控制LD的注入电流,即可稳定单频Nd∶YAG激光器的输出功率。实验结果表明:当LD泵浦1 064 nm单频Nd∶YAG激光器的输出功率约为11.5 mW时,采用所设计的控制系统,可使激光输出功率稳定性在130 min内优于1.3%。     

新型全固态激光器作用过程中的激光参数分析

对影响LD泵浦的Nd∶GdVO4,Nd∶YVO4和Nd∶YAG激光器输出特性的增益介质长度、腔内损耗、输出镜透过率、泵浦光和振荡光的光斑大小进行了分析和数值模拟。当腔内固有损耗为2%,输出镜透过率为10%时,Nd∶Gd-VO4,Nd∶YVO4和Nd∶YAG晶体的振荡阈值分别为1.77W、0.55W和3.34W。在25W泵浦功率下,利用1mm长的Nd∶GdVO4,Nd∶YVO4和Nd∶YAG晶体可分别得到13.17W,13.26W和8.43W的输出功率,相应的输出镜最佳透过率分别为24%,44%和16%。     

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%.     

半外腔微片Nd∶YAG正交偏振激光器及其在精密测角中的应用

设计了一种半外腔微片Nd∶YAG正交偏振双频激光器。把2个1/4波片置于激光谐振腔内,一个静止,一个作360°旋转,旋转引起2个1/4波片快轴之间的角度变化被激光器转化成激光2个频率之差的变化,从而输出可调谐的双频激光。采用琼斯矩阵对光在腔内的本征模进行分析,给出了双频频差的理论解释。讨论了一种体积小、分辨率高和可整周测量的新型Nd∶YAG激光测角仪的潜在前景。     

端面抽运固体激光器中Nd∶YAG和Nd∶YVO_4晶体组合应用技术研究

采用Nd∶YAG与Nd∶YVO4晶体组合应用的方案,将具有优良导热和光电性能的Nd∶YAG晶体作为抽运光的前端吸收晶体,其后端放置具有较宽吸收谱的Nd∶YVO4晶体,用来吸收由于谱宽不匹配而没有被Nd∶YAG晶体吸收的抽运光能量成分。两种晶体在波长1064nm处的发射谱相互重叠,其吸收的抽运光能量可以转化成共同波长的振荡激光,提高了抽运光的利用效率。这种组合应用的方式还可以有效抑制振荡光功率随抽运源工作温度变化而产生的波动。实验证明,采用这种激光晶体的组合应用方案,相对于单一Nd∶YAG晶体方案,激光器的光光转换效率可提升22.9%,输出功率对温度的敏感度由7%降到1%以内。     

LD泵浦Cr4+∶YAG被动调Q锁模Nd∶Gd0.42Y0.58VO4激光器

理论和实验研究了LD泵浦Nd∶Gd0.42Y0.58VO4/Cr4+∶YAG被动调Q锁模激光器.在分析Cr4+∶YAG晶体能级结构和调Q锁模物理过程的基础上,通过数值模拟给出了Cr4+∶YAG调Q锁模的参量要求,然后进行了实验验证.实验中Cr4+∶YAG的初始透过率T0分别为86.3%、95%,输出镜的透过率T分别为10%、20%,在其他条件不变的情况下构成四种不同的组合,均实现了激光器的调Q锁模运转.实验结果表明,降低Cr4+∶YAG的初始透过率T0或提高输出镜透过率T有利于获得较好的锁模效果,与理论分析一致.