高功率半导体激光器和二极管抽运固体激光器

1　引言1 .1　二极管激光器转换效率的基础总效率是所有高功率器件的重要问题。半导体激光器的高效率极其重要 ,因为其主要参数 (首先是阈电流和微分量子效率 )对温度非常敏感。简单激光二极管的输出功率为Pop =ηiln( R1 R2 ) - 1 / 2 [αi L ln( R1 R2 ) - 1 / 2 ]- 1( hω/e) ( I - Ith)其中 hω为光子能量 ,ηi为内部效率 ,αi为光损耗系数 ,L为腔长 ,R1 、R2 为反射系数 ,I为抽运电流 ,Ith 为阈值电流。总效率通常由下式决定ηt=Pop/Pel =Pop/[I( Vj IRs) ]其中 Vj为结电压 ,Rs为串联 (残余 )二极管电阻。对于高总效率的激…     

高功率板条激光器的研究进展

板条激光器,特别是LD抽运的板条激光器,作为高功率同体激光器的一个重要发展方向,在军用和工业应用等领域有着较好的应用前景。综述了板条激光器的抽运、冷却方式以及谐振腔设计方面的进展,并对其应用前景进行展望。     

大功率LD端抽运固体激光器谐振腔的研究

提出一种新方法在谐振腔内加入补偿透镜的方法,可消除热透镜效应的不利影响,从根本上解决纵向抽运的大功率化问题,并从理论上进行了系统的分析和实验上进行了验证. 对于端抽运二镜直谐振腔,目前均采用平凹腔,但平凹腔输出发散角较大.在腔内加入补偿透镜后,改用平行平面腔,可获得更小的输出发散角. 对于四透镜折叠谐振腔,通常腔长较长,当大功率LD端抽运时由于热效应的影响,根本无激光输出.但在腔内加入补偿透镜后,则很容易出光.实验上,用连续功率12 W的LD端抽运时,在腔长1.5 m情况下,获得1.14 W激光输出,转换效率近10%.(OC16)     

板条固体激光器研究的进展

本文报道了板条状几何结构固体激光器研究的一些新的进展,对板条激光器的前景和存在问题作了评述。     

半导体双端抽运三程折叠谐振腔板条激光器

为了获得简单紧凑的固体激光器,采用半导体端面抽运三程折叠谐振腔板条激光器,建立了热透镜等效腔模型,进行了等效腔稳定性及腔内基模光斑半径的仿真分析,将新型结构与平-平腔结构进行了比对性实验研究。结果表明,在三程折叠腔长为170mm时,获得了21W的1064nm激光功率输出,光光转换效率为16.4%,斜效率为25%,水平和竖直方向上的M2因子分别为10.8和2.76。同等条件下,水平方向上M2因子从平-平腔的152.7优化到三程折叠腔的10.8;输出光斑水平方向尺寸由平-平腔的10.8mm压缩到三程折叠腔的4.1mm,验证了结构简单紧凑的端面抽运三程折叠谐振腔激光器光束的输出能力。该研究对获得腔内调Q和腔内倍频532nm激光器有实际意义。     

二极管激光抽运的圆盘激光器

二极管激光抽运的固体圆盘激光器作为高功率激光源是有希望的 ,因为它能有效去除增益介质的热量 ,从而也能消除其他固体激光器设计中固有的许多热透镜问题。这种由德国斯图加特大学和宇航公司于 1992年发明的薄型盘状激光器设计从那时以来已特许给 11个公司 ,其中两家法国的 Nanolase和德国的 Jenoptik已推出圆盘激光器产品。与此同时 ,斯图加特研究小组一直在进一步改进原来的激光器设计。圆盘激光器的设计原理很简单 ,就是把激活介质加工成薄盘形 ,平表面上安装一个散热器。该平面还是激光器的反射镜之一 ,热量可沿激光器的光轴有效去除…     

高功率板条固体激光器研究的进展

本文对高功率板条固体激光器研究的进展和应用前景作了综合评述。结合作者部分工作,对板条激光器的热效应、聚光器和光学谐振腔等关键问题和技术进行了物理分析。     

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。     

LD侧边抽运板条激光器的热效应

对LD侧边抽运的板条激光介质热效应进行理论分析与数值模拟,根据2.5 mm×14 mm×40 mm Nd∶YAG板条实物建立了相应的三维(3D)热模型,采用有限元方法分析并模拟了板条激光介质内部温度场和热应力的分布,给出在120 W抽运功率下板条激光介质的热畸变特性,估算了在不同抽运功率下热焦距的大小.在此基础上设计并封装了LD侧边抽运的板条激光模块,对该模块的热焦距进行实验研究,得到热焦距随抽运功率变化的测量曲线,实验结果与理论分析一致.     

泵浦光对固体激光器光束质量的影响

利用有泵浦增益时的谐振腔衍射积分方程,研究了二极管泵浦固体激光器中泵浦光对振荡光场的影响,分析了泵浦光分布和泵浦光半径对振荡光场的影响。结果表明当泵浦光分布分别为均匀分布和高斯分布及椭圆高斯分布时,最佳的泵浦分布为高斯分布;对于高斯光束泵浦,泵浦半径的变化会引起振荡光场的尺寸和形态的变化。定量分析结果表明泵浦半径在一定范围内变化时,振荡光斑半径均随泵浦光半径的增大而减小。在实际的DPL设计中需要根据对振荡光的要求进行泵浦光的优化设计。     

新一代大功率固体板条激光器的技术进展

介绍了固体板条激光器为了获得大功率和高光束质量而采用的新技术,阐述了新一代大功率固体板条激光器的最新进展,分析了新一代大功率固体板条激光器的技术特点,并对其应用前景进行了展望.     

大功率半导体激光侧面泵浦Nd：YAG板条激光器

用准连续６０Ｗ半导体激光侧面泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ板条激光器，获得单脉冲能量３．５ｍＪ的激光输出，脉冲重复频率１～１００Ｈｚ，能量输出起伏小于±１％，光－光效率为１５％，斜效率为２９％。实现了声光调Ｑ、电光调Ｑ、ＢＤＮ染料和ＬｉＦ色心晶体被动调Ｑ的激光输出，最大峰值功率超过１００ｋＷ。     

激光二极管阵列侧面抽运棒状激光器轴向热效应分析

对激光二极管阵列侧面抽运棒状激光晶体热效应进行了理论分析和数值模拟.采用有限元方法模拟了棒状激光晶体内部三维温度场分布和热应力分布,得出激光晶体内抽运光强和温度随抽运距离的变化规律,并得出了激光晶体轴向温度分布是不均匀的,而是与激光二极管阵列的占空比有关.为减小激光系统的热效应提供了理论依据.     

用于泵浦固态激光器的激光二极管新材料

本文回顾了用于泵浦固态激光器的Ⅲ－Ｖ族半导体激光二极管材料的最新进展。所讨论的激光二极管材料均是在ＧａＡｓ衬底上生长的。其中重点讨论了激射波长在０．８７至１．１μｍ这一新波段的ＣＷ输出高功率的应变层ＩｎＧａＡｓ－ＡｌＧａＡｓ激光二极管的性能和可靠性；提高了抗退化能力的波长为０．７８至０．８７μｍ的应变层ＡｌＩｎＧａＡｓ－ＡｌＧａＡｓ和晶格匹配的ＧａＩｎＡｓＰ－ＧａＩｎＰ材料系统的激光二极管，以及改进了性能的ＧａＩｎＰ－ＡｌＧａＩｎＰ材料系统的可见光激光二极管．     

高平均功率全固态激光器

综述了近年来棒状、盘片、光纤和热容等高平均功率全固态激光器的进展和国内近期的工作.围绕限制激光器输出平均功率提高和激光光束质量下降的热效应问题,比较了各类激光器的优缺点.总结了减小或补偿无用热不利影响的现有技术手段,指出减小激光器热效应可能的技术途径.     

半导体泵浦固体激光器在激光加工中的应用

介绍了激光加工的优点和对激光器输出参数的要求，对固体激光器中发展最活跃的半导体泵浦全固体激光器进行了分析。在对当前的几种主要结构比较后，指出盘形激光器和光纤激光器将在未来的激光加工中发挥更大的作用。     

大功率激光二极管抽运固体激光器的研究

大功率激光二极管抽运固体激光器正逐步取代传统的灯抽运固体激光器，已广泛应用于工业领域。介绍了一种激光二极管侧面抽运的Nd:YAG激光器。采用二级串联振荡方式，一组五个激光二极管抽运模块沿Nd:YAG棒圆周均匀分布，有六组共30个激光二极管，棒外面套了一根冷却玻璃管，通过循环水流把棒内的热量带走。采用稳定的平平激光谐振腔，获得激光功率360 W,功率稳定度±1%的稳定输出。对该激光器结构和输出特性进行了详细的研究。用户使用表明，该激光器具有转换效率高、使用寿命长、结构紧凑、整机性能可靠等特点。