端面抽运激光晶体热形变及温度场分布研究

用有限元方法研究了端面抽运Nd∶YAG激光器中激光晶体的温度和端面热形变分布规律.研究表明,激光晶体的端面热形变分为端面伸长形变和鼓出形变两种,晶体的热形变透镜效应是由鼓出形变引起的.在端面抽运的Nd∶YAG晶体中采用第三类热传导边界条件,实验测量了晶体的端面伸长和端面鼓出形变,结果与理论分析相一致.     

端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器

从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088.3nm，斜率效率为33.7%，最大输出功率为1.75W。     

LD端面泵浦Nd∶YAG激光器中的热透镜焦距

采用热透镜焦距的理论计算与实验测量相比较的研究方法，得到一种端泵固体激光器出激光时的在线测量方法.通过建立热透镜等效腔模型以及腔型分析求解得出腔内光束束腰半径,用刀口法测出DPL腔外的远场发散角,根据发散角与透镜变换前后的束腰关系，得出LD端面泵浦Nd∶YAG激光器中的热透镜焦距.结果表明,通过上述方法所得结果与理论计算的热透镜焦距吻合,证实此方法准确、可行.     

干涉条纹法测量LD端面泵浦Nd∶YAG热透镜焦距

研究了端面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应,提出了一种新的测量热透镜的方法 干涉条纹法,并通过理论估算与用此方法所测的热透镜焦距相比较,表明此方法所测热透镜焦距随着泵浦光功率的增大二者越来越吻合,验证了该方法的可靠性 该方法解决了端泵Nd∶YAG时,由温度梯度,热应力双折射和端面形变所引起的总的热透镜焦距难以测量的问题.     

高功率半导体激光泵浦源研究进展

高功率半导体激光器是固体激光器和光纤激光器的主要泵浦源。激光泵浦源性能的大幅提升直接促进了固体激光器、光纤激光器等激光器的发展。主要介绍了8xx nm和9xx nm系列半导体激光泵浦源的最新研究进展,8xx nm单管输出功率已达18.8 W@95 µm,巴条输出功率已达1.8 kW（QCW）,9xx nm单管输出功率已达35 W@100 µm,巴条输出功率已达1.98 kW（QCW）。谱宽<1 nm的窄谱宽半导体激光器输出功率可达14 W。展望了未来半导体激光器泵浦源的发展趋势。     

干涉条纹法测量LD端面泵浦Nd∶YAG热透镜焦距

研究了端面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应,提出了一种新的测量热透镜的方法-干涉条纹法,并通过理论估算与用此方法所测的热透镜焦距相比较, 表明此方法所测热透镜焦距随着泵浦光功率的增大二者越来越吻合, 验证了该方法的可靠性. 该方法解决了端泵Nd∶YAG时, 由温度梯度, 热应力双折射和端面形变所引起的总的热透镜焦距难以测量的问题.     

激光二极管端面纵向泵浦Nd:YVO_4激光器的热效应研究

针对激光二极管端面纵向泵浦Nd:YVO4激光器,本文理论和实验详细研究了Nd:YVO4晶体的热透镜效应。在激光二极管的中心波长分别为808nm和880nm及分别采用单端端面纵向泵浦和双端端面纵向泵浦结构情况下,实验测量了Nd:YVO4晶体的热透镜焦距,实验结果和理论预测基本吻合。同时在泵浦功率60W时获得了18.8W的连续基横模激光输出。     

LD双端端面泵浦的高功率连续单频Nd:YVO4激光器

研制了高功率连续单频Nd：YVO4激光器。在考虑激光晶体因吸收泵浦光而产生的热透镜效应的基础上，设计了六镜环行激光谐振腔，采用两个光纤耦合输出的高功率激光二极管双端端面泵浦结构，在总泵浦功率为32．3W的情况下，得到10．4W的单频1．064μm红外输出，斜效率为43．7％，长期功率稳走性优于1％(4h)，激光器自由运转时的频率漂移小于150MHz（1min)。     

一种圆棒晶体球形端面球心位置检测方法

固体激光器中,激光晶体的加工工艺会对输出光整体质量产生影响,针对圆棒晶体球形端面球心位置偏离中心轴的缺陷,提出一种晶体端面球心位置测量方法.通过理论分析测试光路传输矩阵,求解球形端面反射光的位置与角度关系,得到圆棒晶体球形端面球心位置与入射光高度及球形端面反射光斑位置间的关系。实验获得测试光在晶体端面不同入射高度时光阑上球形端面反射光斑距离通光孔的距离,计算球形端面球心位置与中心轴的偏离量。对两种规格4根晶体进行测量,2根-3晶体与中心轴的垂直距离分别为2.55 mm、1.1 mm,2根-4晶体与中心轴的垂直距离为3.25 mm、0.9 mm,分析了晶体球形端面球心位置工艺误差产生的原因。     

半导体激光泵浦复合晶体固体激光器的热效应

为了验证复合晶体使用到半导体泵浦的固体激光器中与非复合晶体的区别,提高半导体泵浦的固体激光器的工作效率,开展了半导体激光泵浦YAP/Tm∶YAP复合晶体固体激光器的热效应的验证实验。采用有限元分析法,模拟了晶体温度及热应力的分布,并分析了热透镜长度的变化情况。结果发现,与非复合晶体相比,复合晶体的温度和热应力均有不同程度的下降,复合晶体工作时的最高温度降至其80%,热应力降至其70%。同时也验证了热透镜焦距不随非掺杂晶体长度的增大而改变,这也意味着复合晶体不能有效提高复合激光的光束质量,但是可以确保输出激光光束质量的稳定性。因此可以证实,使用复合晶体能够有效改善激光器的温度和力学特性,但不能优化固体激光器的光束质量。     

激光二极管端面泵浦Yb∶YAG薄片激光器的热效应

通过激光二极管端面泵浦Yb∶YAG薄片工作特点分析,建立了符合实际情况的热模型.热模型考虑了介质薄片具有端面绝热、周边恒温冷却、后端面镀膜达到充分利用泵浦光能量等特点.分析并建构了Poisson方程新的求解方法,得出了Yb∶YAG薄片内部温度场以及泵浦端面热形变场的一般解析表达式.理论研究结果表明:若激光二极管泵浦功率为20 W、耦合到薄片泵浦面的泵浦光高斯半径为250 μm时,长度3 mm、半径1.5 mm的5.0at.%Yd:YAG薄片泵浦端面的最高温升为44.5℃,最大热形变量为0.83 μm.     

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.     

用激光测量高热可靠性电子器件的热变形

本文提出了一种测量大功率电子器件热变形的双曙光激光全息干涉法，针对一种可靠性要求很高的电子器件-火箭点火用固态继电器进行实际测试，试验结果表明，固态继电器在大负载功率工作状态时，芯片表面的干涉条纹较多，条纹弯曲程度较大，因此反映了芯片热变形和热应力增大趋势较为明显。     

高功率光子晶体光纤激光器温度分布研究

对高功率光子晶体光纤激光器温度分布问题进行了理论研究.在分析光纤热产生机理和结构的基础上,建立了双包层光子晶体光纤激光器稳态切面温度分布简单模型,数值模拟了光纤径向的温度分布、纤芯温度和纤芯-表面温差与纤芯热负载的关系,研究了光纤结构对温度分布的影响;并就激光器光纤泵浦端面的冷却方案进行讨论,数值模拟了外界对流系数不同时纤芯温度的大小.结果表明：对高功率光子晶体光纤激光器采用风冷和水冷的方法可以降低热效应的影响.     

降低热不稳定性的激光二极管泵浦固体激光器

通过谐振腔腔结构理论研究了在端面泵浦固体激光器中,等效热反射镜曲率半径变化时,振荡光半径的变化速率理论和实验都表明,通过调整谐振腔的参量,使得该变化速率接近零,可以有效地抑制热效应导致的激光功率不稳定性。     

温度对高功率半导体激光器阵列“smile”的影响

用数值模拟与实验测试相结合的方法,研究了温度对"smile"的影响.利用有限元方法分别模拟计算了半导体激光器芯片键合及工作过程中激光器芯片中的热应力,模拟中假设激光器芯片的弯曲仅由热应力引起;计算结果表明,激光器芯片有源区的热应力随工作温度的升高而减小,由热应力导致的芯片的弯曲随温度升高而减小.实验结果表明,对于具有相同芯片、同一封装形式、同批次的器件,"smile"随温度的升高有增大或减小的趋势,这与封装前裸芯片的弯曲形态及封装热应力的综合作用有关;若封装前裸芯片为相对平直的或凸的,则封装后激光器的"smile"将随温度升高而减小;若封装前裸芯片为凹的,封装后的激光器芯片仍为凹的,则"smile"随温度升高而增大.     

端面抽运方形复合YAG温度场及热透镜研究

采用数值方法研究了方形截面复合Nd∶YAG激光晶体棒在端面抽运情况下的温度分布及热透镜效应,得到复合激光晶体内温度场的数值解和径向温度梯度引起的轴向传播光相位延迟分布ΔΦT(r),并与同条件下普通晶体的结果进行了比较.结果表明,吸收系数越大,两种晶体中最高温度相差也越大.采用复合晶体可以大幅度降低激光晶体内的温升,同时减小端面形变造成的透镜效应.复合晶体的ΔΦT(r)与普通晶体相似,且不满足对半径r的二次方关系.在rwp时,ΔΦT(r)相对于参考球面透镜的相位畸变Δφ随r的增大而急剧增大.     

传导冷却单巴高功率半导体激光器热应力和smile研究

利用有限元模型分别研究了回流过程和工作过程中传导冷却高功率半导体激光器的正应力、切应力和形变,并借助理论公式分析了热应力和smile的产生原因和分布规律.分析表明,在回流过程中热膨胀系数不匹配造成的切应力是正应力和变形的根源,而在工作过程中,热膨胀系数不匹配和温度梯度共同影响着热应力和变形.在此基础上,将回流导致的剩余应力和变形作为初始条件施加在有限元模型上,对工作状态器件的热应力和smile进行模拟,以获得更精确的模拟结果.最后,通过有限元模型和实验手段研究了不同热沉温度对smile的影响.结果表明,工作过程会导致器件的smile增大,热沉温度的升高也会造成smile进一步增大.     

平顶光端面抽运DPL中热效应对输出功率的影响

用平顶光束描述由多根光纤紧密排列耦合并经透镜整形后的抽运光分布，给出了平顶光束的光强分布，对晶体热效应引起的热致衍射损耗随抽运功率和抽运光束半径的变化规律进行了数值计算，讨论了晶体热效应引起的热致衍射损耗对基横模高斯光束输出功率的影响，并实验验证了基横模高斯光束输出功率随抽运功率的变化规律．结果表明：热致衍射损耗使基横模高斯光束输出功率明显降低．随着抽运光束半径的增大，热致衍射损耗减小，对基横模高斯光束输出功率的影响就减小；抽运功率越大，热致衍射损耗越大，对基横模高斯光束输出功率的影响就越大．