多增益段串接的液体激光系统特性研究

液体激光系统在抑制热畸变方面具有突出优势,能实现长时间稳定的高能激光输出.在液体激光系统中,常规双侧抽运的激光增益分布呈现边缘很强、中间较弱的特点,难以获得单横模激光输出,限制了光束质量.介绍了一种多增益段串接的液体激光系统,其抽运方式介于侧面抽运和端面抽运之间,然后对其增益分布和激光能量传输效率进行了数值模拟.数值模拟表明多增益段串接的液体激光系统能产生近似于高斯型增益分布,激光光束质量很高;同时该多增益段串接的液体激光系统的腔内传输损耗较小,激光能量转换效率可达30%以上.     

高功率激光多程放大系统光束传输的计算分析

 报道了高功率激光多程放大系统光束传输的模拟程序, 该程序考虑了放大介质的增益分布、增益饱和、增益恢复系数、介质吸收损耗、B积分以及光阑和空间滤波器等光学元件对激光传输和放大的影响, 并给出了典型的计算实例。     

发散光束抽运的宽带光参量啁啾脉冲放大系统的理论研究

对发散光束抽运的光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽进行了系统的理论研究.采用空间傅里叶变换和四阶Runge-Kutta算法，分别模拟了非衍射极限情况下的高斯光束和空间频谱为矩形的发散光束作为抽运光时的增益曲线.结果表明：不管是在可见光或是在近红外光谱区，用发散光束均可以明显地改善光参量啁啾脉冲放大系统的增益带宽.选取合适的发散角和抽运光强，可以获得高增益、宽谱带的信号光输出. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 增益带宽 发散角 高斯光束     

啁啾脉冲多程放大及其逆问题的研究

利用非线性薛定谔方程和速率方程，研究了啁啾脉冲在增益介质中多程放大的特性. 在此基础上，利用分步傅里叶和迭代法对啁啾脉冲多程放大的逆问题做了研究和模拟，即在给定输出脉冲和多程放大系统参数的情况下，求出相应的输入脉冲波形. 有关结果对啁啾脉冲的多程放大及整形提供有用的理论参考. 关键词： 增益窄化 增益饱和 迭代法 逆问题     

不同振荡放大比MOPA型化学激光器的数值模拟

主振功率放大型装置在高能激光器中有着广泛的应用, 在增益体积和沿光轴方向增益长度一定的情况下, 为了得到高能化学激光器主振部分和放大级部分的最佳比例, 研究了不同振荡放大比对输出光束的近场强度以及最终输出功率的影响. 使用快速傅里叶变换的算法经过迭代计算得到了1:4, 1:1, 2:1三种振荡放大比情况下的近场光束强度分布, 并计算了其强度分布均匀性及最终输出功率情况. 计算结果表明: 采用MOPA 结构的氟化氘化学激光器, 振荡放大比越大, 主振荡部分输出的能量越高, 谐振腔内功率密度越大, 对腔内镜片的承受能力要求越高; 而振荡放大比越小最终输出光束的衍射放大效应越明显, 对光束质量越不利. 在本文条件下, 计算结果还表明, 振荡放大比对功率会产生影响, 存在一个最佳的比例使得输出功率最大. 振荡放大比对输出功率的影响随主振部分输出耦合率, 光路中的各种损耗, 增益的规模等多种参数的不同而变化, 工程运用中可根据具体参数进行计算. 关键词： 主振功率放大 光学谐振腔 近场强度 光束质量     

基于四能级原子系统模型增益媒质激光原理研究

作为超材料研究中的重点,增益媒质因其放大特性而表现出良好的应用前景．本文基于四能级原子结构系统模型,引入一种全新的抽运机理：高斯抽运．用时域有限差分方法对增益媒质激光产生原理进行模拟计算．数值模拟结果表明,该模型和新抽运机理的频谱特性、阈值特性以及动态演化过程和理论分析一致．研究结果可为计算更复杂超材料系统提供参考．     

重频Yb:YAG片状激光器电光调Q时空演化模拟计算和实验研究

基于Yb3+抽运动力学,结合光线追迹的方法,建立了抽运过程中的放大自发辐射模型,得到激光介质中三维含时储能分布.将速率方程理论和角谱传播理论结合,对谐振腔内调Q脉冲的形成、传播过程进行建模计算,得到激光脉冲的时间-空间分布和光束质量因子变化规律.同时进行了激光二极管抽运重频Yb:YAG片状激光器电光调Q实验,并与模拟计算的结果进行了对比校核,印证了计算模型的正确性.这为主动调Q固体激光器的设计提供了参考.     

高功率激光多程放大器的三维反演方法

针对高功率激光多程放大的三维反演问题,提出了基于修正增益迭代算法结合输入输出积分能量曲线法和基于修正输入脉冲的正向迭代算法。利用这两种方法对有增益分布的四程放大进行数值模拟验证,计算结果表明这两种迭代算法都是有效可行的,都可得到输入脉冲时空分离的三维强度分布。计算所得输出脉冲与需求值基本相同,输出能量的相对偏差小于10~(-7),第一种方法功率波形的相对偏差小于1%,第二种方法功率波形的相对偏差小于10~(-6),很好地解决了由放大饱和效应引起的时空演化畸变。第一种方法主要依靠正逆模型的自洽性,相对直观;第二种迭代算法引入反馈因子,所得结果的精度较高、拓展性强。     

FEMLAB在模拟掺镱双包层光纤放大器脉冲放大特性的应用1

应用FEMLAB软件模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性.计算了在915 nm前向抽运下，光纤放大器中的上能级粒子数，抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性.与文献上的结果进行比较证明了该程序的有效性.     

端面抽运板条介质抽运光束不均匀性及改善方法研究

 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抽运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,在抽运面强度分布均匀的抽运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抽运光束,即抽运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抽运光束分布不均匀。最后,依据平面波导匀化理论,从改变非掺杂介质区长度和入射光束发散角大小角度出发,提出改善抽运光束均匀性的思路,并进行了模拟验证。     

斜抽运无机液体激光器的流场热分布

激光二极管斜抽运的多增益段串接的液体激光器能够明显地提高激光光束质量、获得较高的输出功率.针对斜抽运子增益段工作时所涉及的流动、传热和壁面耦合,建立了计算子增益段流场热分布的流-热-固耦合模型,应用有限单元法完成了其瞬态流场热分布的数值模拟.该方法排除了不精确的换热系数对计算结果的影响,使得换热系数不再是计算的先决条件,而只是计算结果之一,并且为评价流道形状、流速、吸收系数等因素对流场热的影响,以及进一步改进和控制液体激光介质的流场热分布,提供了可靠的分析方法.数值模拟研究表明:换热系数是空间位置的函数,     

抽运光波前畸变对拍瓦激光器前端OPA光束质量的影响

数值模拟了拍瓦激光器前端非共线光参变放大(OPA)过程中存在波前畸变的抽运光对信号光光束质量的影响.结果表明,当抽运光光束波前存在严重畸变时,衍射效应和走离效应通过不同的物理机制导致了信号光光束质量的急剧下降.在导致信号光光束质量下降的过程中,走离效应在OPA未饱和放大时起着主导作用,当OPA工作在过饱和状态时,过饱和导致的信号光近场空间分布中心凹陷成为光束质量下降的主要因素.     

激光脉冲前后沿相干叠加对多程放大的影响

针对多程放大过程中激光脉冲经腔镜折返前后沿交叠的问题,建立了激光脉冲在增益介质中前后沿相干叠加放大的物理模型.理论分析表明,脉冲前后沿完全相干叠加形成驻波场,使得反转粒子数出现烧孔效应,影响输出脉冲的增益和波形.基于此物理模型,模拟计算了脉冲在多程放大过程中波形的演化,比较了不交叠、完全非相干叠加和完全相干叠加三种情况下对放大器的增益和对脉冲波形的影响.为高功率固体激光器的设计提供指导.     

封闭管道中热耦合效应对激光传输的影响

建立了封闭竖直管道热耦合效应物理模型,采用流固耦合方法,数值模拟了封闭管道中介质气体、光学玻璃之间的热相互作用造成流场分布的变化,研究了热耦合作用对近场波前相差和远场光束质量的影响。数值模拟结果表明,光束质量可以由封闭管道内介质气体温度分布来决定,气体在管道内流动改变温度分布,使得相差分布不断变化,造成远场光束质量的振荡起伏;光学镜与介质气体热相互作用对流场分布有较大影响,尤其是竖直管道底部的光学镜对激光束远场光束质量影响明显。热耦合效应放大了光束质量的变化:当介质模型中光束质量变差,热耦合模型中热耦合效应使光束质量变得更差;当介质模型中光束质量变好,耦合模型中的热耦合作用使光束质量变得更好,即光束质量随着流场分布的变化而振荡。     

循环四能级相干原子介质中的光增益

我们在一个循环四能级相干原子系统中,理论研究了抽运场与调制场强度对信号场增益的作用。研究表明,在循环四能级相干原子介质中,调制场改变了四个能级间的粒子数布居分布,导致信号场被增益放大。对于N型四能级原子系统,当加入微小的调制场(调制场强度与信号场相等)时,共振处信号增益峰值提高了12倍。相干抽运场诱导信号场放大,且改变抽运场强度可以实现信号场由对应粒子数反转增益到无粒子数反转增益。且随着抽运场强度增加,共振增益的取值先变大后变小。该循环系统在光放大及增益效应研究中可能有重要应用。     

波面热畸变自校正型板条增益介质的瞬态温度分布

提出一种新的激光增益介质板条抽运结构,这种结构能对由激光增益介质板条温度分布不均所造成的波面热畸变实现自校正,并建立了这种抽运结构下激光增益介质板条的瞬态温度分布理论模型,通过解热传导方程,推导出板条增益介质的瞬态温度分布的解析表达式。同时对抽运参量分别为抽运脉冲能量为5.8×104J、抽运重复频率为2Hz和抽运脉冲能量为3.2×104J、重复频率为10Hz两种情况下两种下N-31型钕玻璃板条的瞬态温度分布分别进行了数值计算,分别给出两种情况下10s内和60s时钕玻璃板条的温度分布图并对结果进行了分析和对比,表明采用这种抽运结构的增益介质板条激光器可以以类似热容激光器的方式在短时间内实现高平均功率、高光束质量运转。     

多程放大中激光脉冲交叠放大的物理建模与计算方法

建立了多程放大中激光脉冲在增益介质中交叠放大的物理模型, 并提出相应的计算方法. 物理模型中考虑了脉冲前后沿对增益介质中反转粒子数的共同消耗. 研究认为模型在延时系下的数据递推方式无法求解交叠放大问题. 通过建立新的时空坐标系, 解决了交叠放大过程的数值求解问题. 基于此物理模型和计算方法, 模拟计算了双程放大时脉冲时间波形与腔镜位置的关系. 关键词： 物理模型 放大 腔镜 增益饱和     

三维自散焦介质中光束聚焦的最佳参量选择

对三维自散焦介质中由交叉相位调制效应诱导的光束聚焦过程进行了系统研究,讨论了抽运光振幅、抽运光-信号光初始偏移和抽运光-信号光波长比三个参量对信号光聚焦过程的影响。根据自散焦介质中强抽运光诱导弱信号光聚焦满足抽运光与探测光模型,对传输方程进行了优化,大大减少了数值模拟运算时间。数值方法采用分布傅里叶方法。数值模拟结果表明：抽运光越强、抽运光-信号光波长比越大,信号光聚焦程度越大;抽运光-信号光初始偏移存在一个最佳值,使得光束聚焦达到最佳效果。通过参量最佳值的选择,可提高光束聚焦的效率。     

透镜导管耦合系统中光线三维追迹模拟分析

半导体激光器抽运耦合系统是固体激光器的重要组成部分.非成像系统空心透镜导管构成的耦合系统非常适用于大功率的半导体抽运阵列.为了给出透镜导管耦合系统的最佳结构,需要研究抽运光束在耦合系统内及输出面的分布.利用几何光学理论,在三维空间内,建立了空心透镜导管中抽运光束传播的数学模型,推导了光束传播的三维轨迹方程;在全三维光线追迹的理论分析基础上,开发了模拟透镜导管耦合系统传输光线的3D计算机仿真软件;通过该软件可以自动获得全部抽运光线在透镜导管耦合系统中的真实传输路径及在耦合系统输出端面的分布.最后探讨了抽运光束通过空心透镜导管耦合系统后的能蕈转换效率.计算结果表明,空心透镜导管的能量转换效率可以达到96.08%以上.     

激光二极管抽运Nd:YVO4晶体的三维热效应分析

针对激光二极管抽运的以Nd:YVO4板条晶体为增益介质的激光器件,基于有限容积法数值分析各向异性介质的热传导方程,给出了Nd:YVO4晶体板条结构的热分布数值模型,并分别模拟仿真了808nm半导体激光器双端端面抽运,大面均匀抽运,大面周期分布抽运三种抽运结构,得到了Nd:YVO4板条晶体在这三种抽运结构下的非稳态时不同时刻的温度曲线和稳态时的三维温度分布切面图.