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。     

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

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。     

二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦均匀性分析

 建立了二极管侧面泵浦复合薄片激光介质Nd:YAG/YAG的数值模型：二极管阵列的快轴垂直于薄片激光介质表面的排布,二极管对称排列在增益介质的周围,从侧面进行泵浦,通过微柱透镜对二极管的快轴进行准直。模拟并实验研究了激光二极管慢轴方向的远场分布特性,结果发现在近距离时激光二极管慢轴方向上的远场分布近似为高斯分布。对于二极管参量,研究发现泵浦二极管越多,增益介质内泵浦光分布就越理想;增益介质吸收系数越小,泵浦的均匀性就越好,但总的吸收效率下降;二极管与工作物质的距离越近,工作物质靠近中心的区域对泵浦光的吸收就越多,但泵浦的均匀性就越差。选用增益介质为Nd:YAG/YAG的复合薄片介质,当掺杂原子分数以及增益介质的吸收系数不同时,发现0.6%掺杂的增益介质(吸收系数为0.24 cm^-1)的泵浦均匀性比1%掺杂(吸收系数为0.51 mm^-1))有明显改善,实验结果与模拟结果一致。     

二极管叠阵侧面折返泵浦多边形薄片激光器

本文报导了一种二极管叠阵侧面折返泵浦的多边形薄片Nd:YAG激光器,通过对其增益特性和光学特性的优化,得到了泵浦光耦合效率为97%,增益介质吸收效率达87%,增益介质内泵浦吸收分布均匀性为3.21%(root mean square, RMS)的结果.实验测得与模拟数据吻合较好的增益介质荧光分布.在泵浦能量为2.2 J时,获得了能量0.85 J的激光输出,光-光效率达38.8%,斜效率为40.1%.在1 Hz～100 Hz的频率范围内输出能量保持稳定,在重复频率1 Hz时测得单脉冲能量稳定性为2.7%(RMS),在稳腔下测得激光衍射极限倍数b约为10.     

LDA侧面泵浦固体激光器泵浦结构参数优化

为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型,研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算,优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数,优化后的仿真结果表明:在泵浦距离为2 mm条件下,晶体直径为4 mm,玻璃管套筒厚度为1 mm,冷却水层厚度为1 mm时,泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%,在晶体轴心附近分布比较均匀,且均匀分布区域相对较大。     

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。     

100W二极管泵浦Nd:YAG薄片激光器

 报道了一台高效率二极管泵浦Nd:YAG薄片激光器，采用高效均匀泵浦耦合技术，在峰值功率1.008kW，占空比25％, 电-光效率大于45%的二极管激光阵列泵浦下，用一块1mm厚的Nd:YAG薄片激光介质，获得了峰值功率404W，平均功率101W的准连续激光输出，光-光效率达到40%，电-光效率超过18%。     

全固体小型Yb∶YAG激光器热效应及输出特性研究

利用中红外相机及干涉测量技术研究了二极管泵浦小型Yb∶YAG激光增益介质在激光及非激光条件下的温度分布、温度梯度、热透镜效应,同时根据对热效应的研究,对激光器的参量进行了优化.研究了在不同掺杂浓度下激光器的输出特性.对于2.3at.%掺杂浓度,得到激光输出功率为1.7 W,斜效率26.2%,光-光转换效率为13.5%的实验结果;对于5.0at.% 掺杂浓度,得到激光输出功率为2.5 W,斜效率51%,光-光转换效率为24%的实验结果.     

高温LDAs侧面脉冲泵浦Nd:YAG激光器

设计了一台紧凑型高温激光二极管阵列侧面泵浦Nd:YAG脉冲激光器。通过半导体制冷器控制泵浦源工作温度在60℃,其发射中心波长为808 nm,谱线宽度为4 nm。模拟了泵浦源在40℃、50℃和60℃条件下60 s内的温度场分布。实验所用激光增益介质为Nd:YAG晶体,尺寸为φ5 mm×50 mm,掺Nd3+摩尔浓度为1.0at.%。采用磷酸二氘钾晶体作为电光调Q开关,在泵浦源电脉宽250μs,重复频率20 Hz、1 Hz条件下,获得最大能量为230 mJ、246 mJ的单脉冲输出,对应的脉冲宽度分别为8.4 ns、7.8ns。光束发散角约为1.6 mrad。设计的Nd:YAG脉冲激光器总的电-光转换效率大于4.6%。     

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%.     

Modeling of laser-diode side-pumped continuous wave Nd:YAG/KTP green laser

By reasonably assuming the distribution of the pump light in laser medium, the equations about the absorption and the gain for the end-pumped lasers are applied to the side-pumped ones, and a theoretical model for laser-diode side-pumped continuous wave intracavity-frequency-doubling lasers is given, in which the thermally induced diffraction loss and the variation of the fundamental wave radii with the pump power are considered. By using a Z-type cavity, a laser-diode side-pumped continuous wave Nd:YAG/KTP green laser is realized. The threshold pump power is 15 W, and the highest output power of the green laser is 3.75 W at the pump power of 160 W, corresponding to an optical–optical slope efficiency 2.6%. The experimental results are consistent with the numerical solutions.     

Nd:YAG薄片激光器热致波前畸变

 理论分析了激光二极管端面泵浦薄片Nd:YAG 激光器的激光介质热效应对波前相位分布的影响，给出了薄片激光器波前热畸变的计算公式。数值模拟了理想均匀泵浦及4阶超高斯泵浦下的波前分布，分析了介质厚度和泵浦均匀性与波前畸变量的关系。研究表明，介质越薄，激光泵浦光均匀性越好，泵浦功率密度越小，激光波前畸变越小；与介质厚度、泵浦功率密度相比，泵浦光光强分布对波前的影响更为显著。     

Simulation and design of applied hollow-duct used for side-pumped cutting-edged of high power disk laser

In this article a ray tracing method is used to design a specific hollow-duct whereby we show that it will be the best choice for pumping the gain medium that has inclined sides or cutting edges used for edge-pumped high power disk laser due to several advantages of the shape of this gain medium. This kind of hollow-duct which is called non-symmetric hollow-duct in this paper includes inclined output facet that compresses and homogenizes the emission of laser diode arrays which are coupled to the entrance-inclined surface of the gain medium. In this paper, the goals of designing this kind of hollow-duct are based on two important criteria: First, homogeneity of pump light distribution due to the beam concentration of laser diode bars according to the edge-pumped disk laser. Second, uniform distribution of pump light in non-symmetric hollow-ducts deducing uniform temperature distribution in the gain medium.     

300 W侧面分布式抽运掺Yb全光纤放大器

采用角度磨抛的方式, 在纤芯/包层为20/400 μm双包层掺Yb光纤上制作了侧面抽运耦合器. 该耦合器对975 nm的半导体二极管抽运光的耦合效率最高可达97%, 对1080 nm信号光的泄漏比小于2%. 分析了侧面抽运耦合器的性能以及多个侧面抽运耦合器的级联分布对抽运耦合效率的影响; 同时, 在前向抽运和双向抽运方式下, 分析了级联耦合器的分布及信号光泄漏比对激光器整体效率的影响, 并进行了数值模拟. 采用自行研制的侧面抽运耦合器, 搭建了侧面耦合分布式抽运、掺Yb双包层全光纤主振荡功率放大器, 获得了波长为1080 nm、功率为303 W 的基模激光输出. 进一步增加抽运点个数, 提高抽运功率, 可获得更高的输出功率.     

Thermal-lens measurement in a side-pumped 1.3 μm Nd:YVO4 bounce laser

We investigated thermal-lensing effects in a side-pumped 1.3 μm Nd:YVO₄ slab laser amplifier having a bounce geometry. The thermal-lens power during 1.3 μm laser action was 1.3-times larger than that without laser action. Excited-state absorption is the main cause for increased heat loading during laser operation. The heat-loading formula in end-pumped 1.3 μm vanadate lasers having low Nd doping can be extended to account for heat generation in diode-side-pumped vanadate bounce lasers having high Nd doping.     

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。     

高功率LDA紧密环绕抽运Nd:YLF放大器实验研究

 采用高功率LDA紧密环绕抽运10mm×10mm Nd:YLF和两级双程离轴行波放大结构，实现了对5mm×5mm口径激光的放大。分析并实验研究了在不同抽运电流及不同抽运延时条件下，激光放大器及两级双程离轴放大系统小信号增益的规律。实验得到两级双程放大系统的小信号净增益可达600。     

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。