端面抽运复合结构板条介质热效应分析

通过对激光二极管端面抽运板条介质工作特点的分析,从热传导方程出发,对端面抽运、传导冷却的板条介质的温度场和热应力进行了理论计算.然后,基于LAS-CAD软件的有限元分析(FEA),分别对单一板条和复合板条的温度场和热应力分布进行了数值模拟.通过模拟结果可知,采用复合结构板条介质不仅大幅降低了晶体的温度值,减小了温度分布...     

部分端面抽运的Nd∶YVO_4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管(LD)列阵堆和波导整形抽运耦合系统,将抽运光耦合至Nd∶YVO4板条晶体,平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84 W时,透过率为10%的输出腔镜得到了31 W的激光功率输出,光-光效率37%,斜效率45%,板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量,使用柱面镜混合腔结构,在最大抽运功率为86 W时,得到了19.3 W的1064 nm激光输出,测得的非稳腔和稳腔两个方向的M2因子分别为1.4和1.7。     

部分端面抽运的Nd:YVO4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管（LD）列阵堆和波导整形抽运耦合系统，将抽运光耦合至Nd：YVO4板条晶体，平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84W时，透过率为10％的输出腔镜得到了31W的激光功率输出，光一光效率37％，斜效率45％，板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量，使用柱面镜混合腔结构，在最大抽运功率为86W时，得到了19．3W的1064nm激光输出，测得的非稳腔和稳腔两个方向的M^2因子分别为1.4和1．7。     

端面抽运的Tm:YAP薄片板条激光器的研究

2μm激光器由于其在遥感、雷达和医疗等领域具有重要的应用前景而受到越来越广泛的重视。Tm3+具有长的荧光寿命,且其吸收带与商用的激光二极管相匹配。YAP具有与YAG近似的机械和热性能,其双折射特性使得Tm:YAP激光器可以直接得到线偏振的激光输出,并且可以降低热退偏效应。795nm连续抽运光经透镜组耦合进薄片板条1mm×5mm晶体端面,采用平凹腔结构,分析比较了1%,4%和5%掺杂浓度的Tm:YAP的激光特性。     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

为了获得大功率高光束质量的激光输出,利用自制的5bar激光二极管阵列堆作为抽运源,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构,对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究。在最高抽运功率134W时,得到了38W的连续激光输出,斜效率44%,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高光束质量的激光输出,输入-输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器仍有提升潜力,本结果有助于进一步提升该激光器的性能,实现更高功率的高光束质量激光输出。     

部分端面抽运混合腔Nd:YVO4板条激光器实验研究

对部分端面抽运的混合腔Nd:YVO4板条激光器进行了实验研究,利用自制的5条激光二极管阵列堆LD Stack,抽运光经波导整形系统整形后入射至晶体,采用柱面镜混合腔结构成功得到1.064μm偏振连续激光输出,斜效率可达44%。输出激光功率3.5W时,测得非稳腔和稳腔两个方向的M2因子为1.28和1.73;在输出激光功率为38W时,测得的两个方向的M2因子为1.56和1.78。实验结果表明,该激光器具有极佳的热效应,能够在高功率运转时保持高功率高光束质量的激光输出,输入－输出功率曲线没有出现平顶或弯曲的迹象,该激光器的仍然有很大的提升余地。     

角抽运板条固体激光器热效应的分析

通过对二极管角抽运板条固体激光器的稳态热效应分析,提出了在角抽运条件下激光介质内部热源分布的模型.以此为基础,从稳态热传导方程和边界条件出发,计算了激光介质中的温度分布;同时分析了这一特定温度分布条件下增益介质的应力分布以及由于温度分布和应力分布引起增益介质的光学畸变,这些结果可以为二极管角抽运全固态激光器的稳定设计提供基础理论依据.     

哈特曼-夏克波前探测器对传导冷却端面抽运板条激光放大器的波前畸变测试

固体激光器中热效应引起的波前畸变影响了高光束质量、高功率的激光输出,限制了它在当代工业加工和科学研究领域的应用发展。以激光波前畸变的产生机理和传导冷却端面抽运板条激光器的优势为切入点,利用哈特曼-夏克(H-S)波前探测器进行一系列的波前畸变测试。通过对静态波前畸变量、输出功率百瓦量级时的波前畸变量和输出功率千瓦量级的波前畸变量等结果进行数据分析,对实验进行反馈,提出改进意见,以期望进一步减少传导冷却端面抽运板条激光放大器的热效应。     

五边形板条的优化设计及其热效应分析

对最新提出的五边形板条激光介质进行了几何光学分析,提出了优化其几何参数以提高入射光束截面宽度,尽可能充分提取增益的方法,发现五五边形板条要求介质对抽运光的吸收系数不低于某一阈值.采用有限元分析对热效应造成的波前畸变进行了分析,结果表明五边形板条在厚度及宽度方向均存在严重的热透镜效应,且无法用补偿透镜进行消除,因此,难以在高功率条件下获得高光束质量激光输出.     

高功率激光二极管阵列端面抽运大口径片状放大器抽运场评价方法

在高功率激光二极管阵列(LDA)端面抽运大口径放大器研究中,高效均匀的抽运耦合系统是非常重要的.为了对各种抽运耦合系统进行比较,需要对抽运场分布实现量化评价.依据抽运场分布提出一套评价方法,利用沉积效率、平均抽运密度、调制度、起伏均方根(RMS)值、均匀区尺寸等五项指标对抽运场分布进行综合评价.评价方法中既有统计量(如沉积效率、起伏RMS值、平均抽运密度),又有极值量(如调制度),还有建立在起伏RMS值统计结果基础上且满足一定条件的均匀区尺寸指标,是一套比较综合的评价方法.还提出从抽运场中间小区域开始,逐步向外扩大面积计算各指标,最后得到这些指标的变化曲线,根据这些变化曲线可对不同的耦合系统进行分析比较.对三个抽运场分布进行实例分析,结果表明,提出的评价指标和计算方法能反映出抽运场分布的抽运能沉积效率和分布起伏等关键信息.     

LD 端面泵浦分离式放大器结构的热效应研究

对LD端面泵浦分离型激光放大介质的热效应进行了分析和研究;建立了Cr,Yb:YAG/Yb:YAG复合结构的热传导模型。采用有限元分析方法得到了介质内部的温度分布,给出了介质折射率随温度变化的计算方法并得到了出射端面波前相位分布随温度变化的情况。计算结果表明:保持泵浦光功率密度不变,在不同的泵浦时长下,介质温度以及通光方向截面折射率变化也不同。随着泵浦时间的增长,介质的温度和折射率也增大,出射端面激光光束的相位畸变同样增大。当泵浦光功率密度增大时,温度与折射率的变化趋势与泵浦时间变化时的情况较为相似。热效应随着泵浦时间的增长和泵浦光功率的增大都变得越来越严重。     

激光二极管端面泵浦Nd:YVO4混合腔板条激光放大器

选用光束质量接近衍射极限的种子激光器作为主振荡级激光器的功率放大系统可以同时获得较高的输出功率和良好的光束质量.由于板条晶体的特有尺寸,使得种子激光可以多次通过板条晶体,因此有利于实现高提取效率的激光放大器.Nd: YVO4晶体因为具有比Nd: YAG更大的受激发射截面和吸收截面、更宽的吸收谱线、输出偏振光等,因而在放大器中应用较多.本文采用侧泵Nd: YAG棒激光器作为LD端面泵浦Nd: YVO4混合腔板条激光放大器的种子激光器,种子激光通过整形后,往返3次通过激光晶体实现了功率的放大.实验中在泵浦功率140.9 W,种子功率3.2 W,重复频率20 kHz时,获得了29.5 W的激光输出,提取效率为21.2%,斜效率为35%.     

LD端面泵浦的高重频Nd:YAG激光器的热效应研究

在LD端面泵浦的高重频Nd：YAG激光器的光泵浦过程中产生的热效应是影响激光输出特性和系统综合性能的重要因素。从热传导方程入手,利用有限元法求得激光晶体中温度稳态分布的数值解,同时对其热透镜效应进行了计算分析,在此基础上运用传播圆一变换圆的图解分析法进行热稳腔的分离参数设计以补偿热透镜效应。该研究为进一步优化激光器设计,提高激光输出的稳定性奠定了基础。     

端面泵浦复合结构板条介质泵浦光束不均匀性的仿真研究

基于Zemax软件下的非序列模式（Non-Sequential Mode）光线追迹法,分别模拟复合结构板条介质泵浦端面和掺杂介质区工作端面上的光强度分布。由追迹结果可知,经过整形,在泵浦面强度分布均匀的泵浦光束经过非掺杂介质区传播到掺杂介质工作端面后光束分布均匀性大大降低。研究表明复合结构板条介质中非掺杂介质区影响了泵浦光束,即泵浦光在非掺杂介质区传播过程中发生全内反射,导致部分光束在实际工作端面的部分区域发生叠加,从而致使实际工作端面泵浦光束分布不均匀。     

Edge- and end-pumped slab lasers with both efficient and uniform pumping

In conventional high-power slab lasers, the design is often a compromise between pump absorption efficiency and uniformity. In this paper, both are studied for diode-array-pumped slab lasers. We explore a method with which each can be separately optimized, so it becomes possible to have both high efficiency and uniformity in slab lasers with long optical pump paths. The method is applicable to composite and ceramic crystal slab lasers.     

LD端面泵浦Nd:YVO4激光放大器的理论及实验

设计了激光二极管(LD)连续端面泵浦的Nd:YVO4主振荡放大器(MOPA),研究了重复频率10 ～ 50 kHz调Q脉冲注入时不同输入功率下放大器的输出情况.建立了基于速率方程理论的端面泵浦激光放大器运转模型,能够很好地描述千赫兹脉冲的放大行为.数值模拟和实验结果表明,随着频率的增加,脉冲放大逐渐逼近稳定态放大行为.结合实验条件,利用该模型得到了放大介质最佳长度随输入的种子光功率的变化关系,发现实验中放大介质最佳长度为8.5 mm.     

LD端面抽运激光介质热效应的有限元分析

针对激光介质的通光面为方形、抽运光为高斯光束的情况,以Nd:YAG激光介质为例,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,精确地给出了激光介质中各点的温度和温度分布。分别对提高介质侧面对流换热系数、降低冷却液温度、抽运端面水冷这3种情况下的温度场进行了模拟。结果表明,通过提高晶体侧面的热对流换热系数和降低冷却液温度,几乎不能降低激光介质的热效应,而通过抽运端面水冷,可有效地降低激光介质的热效应。     

LD端面抽运变导热系数Nd:YAG晶体热效应

为了计算二极管抽运Nd∶ YAG晶体温度场及热形变场,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型.基于Nd∶ YAG晶体导热系数及热形变系数与其温度的函数关系,应用Newton切线法对热传导方程进行求解,得到了变导热系数和变热形变系数矩形截面Nd∶YAG晶体端面抽运下的温度场和热形变场的一般表达式,同时计算了Nd∶ YAG晶体在不同抽运功率和抽运光斑半径下内部温度场和热形变场的分布变化.结果表明,使用钕离子质量分数为0.01、尺寸为3mm×3mm×8mm的Nd∶ YAG晶体,在功率为60W、光斑半径为450μm的抽运光照射下,变导热系数的Nd∶ YAG晶体端面最大温升为55.7℃,最大热形变量为2.85μm,而按传统将Nd∶ YAG晶体导热系数、热形变系数均视为定值时,晶体端面最大温升为43.4℃,端面最大热形变为2.84μm.     

具有热透镜效应的LD端面泵浦Z型谐振腔稳区的研究

本文利用一种新方法研究了具有热透镜效应的LD端面泵浦Z型谐振腔的稳区。     

LD侧面泵浦板条激光器热分布研究

建立了二极管侧面泵浦板条激光介质模型,给出了相应的热传导方程,应用有限差分法对热传导方程进行求解,得出了介质内的温度分布。分析了不同吸收系数下以及采用单、双侧泵浦时介质吸收的光强分布及温度分布,并讨论了在单、双侧泵浦条件下,泵浦功率变化对介质温度分布的影响。结果表明采用双侧泵浦更利于获得均匀的温度分布,泵浦功率增大时热效应将显著增大。