Cr,Tm,Ho:YAG激光器有效反转减少因子的数值模拟分析

为了分析Cr,Tm,Ho∶YAG(以下简称为CTH∶YAG)系统中Ho3+在受激跃迁时的工作特性,从速率方程中的反转减少因子出发,引入了有效反转减少因子的概念,从对有效反转粒子数利用率的角度,对其有效反转减少因子γ*CTH∶YAG进行了数值模拟和分析.结果表明,γ*CTH∶YAG是温度T的非线性递增函数,且在一定的工作温度范围内有一个拐点,存在一段近似线性的区域.在几十K到几百K的温度范围内均有1＜γ*CTH∶YAG＜1.5,且在室温下γ*CTH∶YAG更接近于1.另外,γ*CTH∶YAG的取值还受Stark跃迁能级变化的影响,但其随温度变化的主要性质不会改变.明确了γ*CTH∶YAG的意义和性质,为CTH∶YAG系统的温度敏感特性提供了理论依据,对优化输出结果有指导性意义.     

Cr,Tm,Ho:YAG激光器温度特性的数值分析

为了分析CTH:YAG激光器在受激跃迁时的温度特性,从速率方程中腔内光子数密度出发,考虑CTH:YAG的准三能级特性以及Tm-Ho准热平衡体系的影响,定义了相对振荡效能参量。采用数值模拟的方法,分析了相对振荡效能的温度特性,得到了其温度变化曲线。结果表明,CTH:YAG的相对振荡效能是温度的非线性减函数,且存在截止温度使腔内振荡无法产生;截止温度与Tm-Ho准热平衡体系的储能成正比,相对振荡效能也随Tm-Ho准热平衡体系的储能的增大而增大。这一结果为CTH:YAG激光器受激跃迁的温度特性提供了理论依据,对改善其工作特性和优化输出结果具有指导性意义。     

多路高功率Cr, Tm, Ho∶YAG激光器技术

文中介绍了四路Cr, Tm, Ho∶YAG激光器在设定时序下轮流工作,顺序耦合进一根320μm的低OH- 石英光纤输出,可以成倍地提高Cr, Tm, Ho∶YAG激光治疗机的输出功率,从而能够适应不同的治疗目的和需要。在三路情况下,当单脉冲最大注入能量100J ,重频30Hz时,激光器直接输出功率50. 17W,光纤末端输出功率35. 65W,耦合效率71%。     

重频Cr,Tm,Ho∶ YAG激光器输出特性的实验研究

根据对 2 .1 μm波长Cr ,Tm ,Ho∶YAG激光器输出特性的实验研究 ,详细分析了腔长、输出镜透过率、全反镜曲率半径和水温等因素对激光器输出的影响。在镀银腔情况下 ,重频 5Hz时 ,激光阈值为 4 7J,斜效率为 1 .3% ,输入能量为 1 4 4J时 ,最大输出为 7.9W。重频 1 0Hz时 ,激光阈值为 4 5J,斜效率为 1 .1 % ,输入能量为 1 2 1J时 ,最大输出为 9.7W。     

低温CTH∶YAG激光器的实验研究

为提升钬激光输出特性,分析了CTH∶YAG激光器能级跃迁全程,根据CTH∶YAG激光器准三能级的特点,采用BaSO4漫反射聚光腔,测试了不同频率,不同冷却温度、不同输出镜反射率和不同CTH∶YAG晶体面型对钬激光输出能量的影响。实验结果表明,在水温为10 ℃,输出镜反射率R=85%,采用双凹面型晶体时,在注入131 J时,8 Hz下的激光能量输出达到了5.5 J。     

Cr,Tm,Ho:YAG激光器的研究及设计

从晶体的吸收光谱、能量转移及其受温度的影响对Cr,Tm,Ho:YAG激光器的工作特性进行了理论分析。通过试验分析了泵浦功率、谐振腔结构、输出镜透过率及冷却对激光输出的总合影响,探讨了激光系统的优化设计方法。试验中在重复频率为1Hz情况下得到单脉冲能量4.5 J,5Hz情况下平均功率15W的激光输出。     

Cr,Tm, Ho:YAG激光器输出的实验研究

为了研究Cr,Tm,Ho:YAG激光器输出脉冲能量和晶体温度的关系,利用有限元的方法计算了不同制冷温度和抽运功率情况下晶体内温度的分布,从而分析温度分布对激光实验输出的影响。控制制冷液温度在15℃、重频5Hz时,获得最大能量为217mJ的脉冲输出,斜效率约为1.4%;而重频10Hz时,最大单脉冲输出仅为56mJ,斜效率约为0.9%。结果表明,制冷温度和频率的增加都将大大增加激光的抽运阈值,同时降低输出效率。     

Yb∶YAG陶瓷强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器性能研究

报道了通过键合Yb∶YAG激光陶瓷来强化Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的研究结果。实现了Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器的激光输出。当吸收抽运功率为7.1W时获得了0.53W的自调Q激光输出,对应的光-光转换效率为7.5%。在实验中获得了脉冲能量大于25μJ、脉冲宽度小于3ns、峰值功率高达9kW的自调Q激光脉冲输出。同时研究了输出耦合镜透射率对Yb∶YAG/Cr,Yb∶YAG自调Q微片激光器激光性能的影响。     

多路高功率Cr,Tm,Ho:YAG激光器技术

文中介绍了四路Cr,Tm,Ho：YAG激光器在设定时序下轮流工作,顺序耦合进一根320μm的低OH^-石英光纤输出,可以成倍地提高Cr,Tm,Ho：YAG激光治疗机的输出功率,从而能够适应不同的治疗目的和需要。在三路情况下,当单脉冲最大注入能量为100J,重频30Hz时,激光器直接输出功率50．17W,光纤末端输出功率35．65W,耦合效率为71％。     

2．1μm波长Cr，Tm，Ho∶YAG激光器的进展

根据国内外的文献资料对２．１μｍ波长Ｃｒ，Ｔｍ，Ｈｏ∶ＹＡＧ激光器技术的发展现状进行了详细的分析     

氙灯泵浦的高功率Cr,Tm,Ho:YAG脉冲激光器

提出了双路Cr，Tm，Ho：YAG激光器的设计方案，通过单片机对激光电源和步进电机(间接控制电机带动的旋转全反镜)进行控制，实现轮流出光的两路激光器合光路输出。在单脉冲输入能量100J、重频20Hz情况下，激光器输出功率达到35．4w，光纤末端输出功率为22．7w，总的耦合效率为64％，而且此方案并不局限于同种波长激光的耦合。     

高能电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器

研究了室温运转灯泵电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的激光输出特性。选用高损伤阈值的掺镁LN晶体作为调Q晶体,并采用λ/4波片和平面镜组合的方式对热退偏效应进行补偿,从而实现了室温下电光调Q Cr,Tm,Ho∶YAG激光器大能量输出。在冷却水温为22℃,重复频率为1 Hz,泵浦能量为200 J的条件下,得到了单脉冲能量443 mJ,脉宽90 ns的调Q输出。理论分析了λ/4波片对热退偏效应的补偿效果,实验测量和分析了偏振片、LN晶体等调Q器件的插入损耗,并分析了激光器输出能量对重复频率的依赖现象。     

稳定的高重频Cr4 + ∶Nd3 + ∶YAG自调Q激光器

在平平腔的Cr4 ∶Nd3 ∶YAG激光器中,采用内置f=70mm双凸透镜形成等效腔和用1mm小孔光阑进行横模限制的方法,获得了高重频、高光光转换效率、稳定的激光脉冲序列。在泵浦功率17. 2W时,获得了平均功率4. 7W,其光光转换效率达到了27. 3%。此时的重复频率及其标准方差为42±1kHz,脉宽及其标准方差为9. 57±0. 187ns,示波器采集的光脉冲值幅度及其标准方差为471±36μW。对应的峰值功率和单脉冲能量分别达到了13kW和115μJ。据我们了解,这是迄今为止LD端面泵浦的自调Q激光器获得的重复频率最高且稳定的实验结果。     

激光二极管抽运Nd∶YAG/Nd∶YVO_4共轴双晶体Cr∶YAG被动调Q激光器

报道了一种由激光二极管抽运的Nd∶YAG/Nd∶YVO4共轴双晶体的Cr∶YAG被动调Q激光器,利用这种方式相比于传统的Nd∶YAG/Cr∶YAG激光器提高了输出激光的偏振比,在非线性频率变换过程中得到了更高的转换效率,当抽运功率为10 W时获得了2.8 W的被动调Q 1064 nm激光输出,偏振比大于80∶1,激光重复频率为15 k Hz,脉冲宽度为7 ns,采用LBO作为非线性频率变换晶体,最终获得了223 m W的355 nm紫外激光输出。     

Cr∶YAG被动调Q 全固态激光器可控运转方法研究

研究了矩形波电流驱动LD 激励下的Cr∶YAG被动调Q 全固态激光器的可控运转包括通过改变矩形波电流的直流预激励电流、峰值电流、占空比和重复频率条件下调Q 激光器表现出来的单脉冲发射、单频脉冲发射和多脉冲发射等。     

LD泵浦Nd∶YAG/Cr∶YAG激光器偏振特性的研究

实验发现由各向同性晶体构成的Nd∶YAG/Cr∶YAG被动调Q激光器发射时 ,激光束具有明显的偏振特性 ,并且偏振特性强烈地依赖着LD的偏振泵浦方向。该结论在频率转换等实际应用中具有重要的指导意义     

多路Cr,Tm,Ho:YAG激光器合光路的设计

在介绍国外四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器的基础上,提出了三种四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器合光路经光纤输出的方案,并进行了比较,最终确定了基于平面的四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器合光路设计方案。在三路情况下,当单脉冲最大注入能量为100J,重频30Hz时,激光器直接输出功率50.17W,光纤末端输出功率35.65W,耦合效率为71%。经文献调研,目前所达到的输出功率处于国内领先水平。     

激光二极管抽运的Tm,Ho∶YLF单模激光器

为了获得高效率、小型化、稳定性好的激光器,种子激光器由激光二极管抽运Tm,Ho∶YLF微片获得单模输出。短腔的自由光谱区比较宽,易于选单纵模,微片厚度0.9mm,两端镀膜,构成微型谐振腔。微片置于杜瓦瓶中,采用液氮制冷的方式,在低温下工作,增加了输出激光的稳定性。利用光纤延时自拍法进行频率短期稳定度测量,得到单模激光器短期稳定度为2.6kHz/μs,利用示波器估测长期稳定度小于35MHz。获得2.067μm的单模输出,线宽小于40MHz。利用刀口法测量得到光束质量为1.082,最大单模输出功率为32.8mW,斜率效率达到25.2%,光-光转换效率达23.8%,功率输出不稳定性小于1%。     

重频Cr,Tm, Ho:YAG激光器输出特性的实验研究

根据对2.1μm波长Cr,Tm,Ho:YAG激光器输出特性的实验研究,详细分析了腔长、输出镜透过率、全反镜曲率半径和水温等因素对激光器输出的影响。在镀银腔情况下,重频5Hz时,激光阈值为47J,斜效率为1.3%,输入能量为144J时,最大输出为7.9W。重频10Hz时,激光阈值为45J,斜效率为1.1%,输入能量为121J时,最大输出为9.7W。     

稳定的高重频Cr4 + ∶Nd3 + ∶YAG自调Q激光器

在平平腔的Cr4 + ∶Nd3 + ∶YAG激光器中,采用内置f = 70mm双凸透镜形成等效腔和用<1mm小孔光阑进行横模限制的方法,获得了高重频、高光光转换效率、稳定的激光脉冲序列。在泵浦功率17. 2W时,获得了平均功率4. 7W,其光光转换效率达到了27. 3%。此时的重复频率及其标准方差为42 ±1kHz,脉宽及其标准方差为9. 57 ±0. 187ns,示波器采集的光脉冲值幅度及其标准方差为471 ±36μW。对应的峰值功率和单脉冲能量分别达到了13kW 和115μJ。据我们了解,这是迄今为止LD端面泵浦的自调Q激光器获得的重复频率最高且稳定的实验结果。