高平均功率固体激光器抽运结构发展

总结了实现高平均功率固体激光器的抽运结构,包括Nd：GGG热容激光器、掺Yb激光器及薄片激光器等,为设计高平均功率激光器及抽运方式选择提供了参考依据。     

固体热容激光器的设计和功率标定

固体热容激光器（SSHCL）作为下一代最佳候选高功率激光器,引起人们广泛关注。介绍了固体热容激光器工作原理、光抽运期间介质板内荧光分布和温度分布、介质板冷却以及功率标定。详细讨论了激光介质温度对激光输出功率的影响,对有关设计要点也作了相关分析。     

LD端面泵浦Nd:YVO4激光器热管理结构的研究

基于一种LD端面泵浦Nd:YVO<,4>激光器,设计了一种热沉结合外部风扇散热的风冷式热管理结构,并利用有限元分析方法对Nd:YVO<,4>晶体的温度场进行了数值模拟,分析了环境温度及界面热阻变化对晶体热致效应的影响.模拟结果表明,晶体泵浦区的温度梯度约为17 ℃,当环境温度升高时,所设计的冷却方案仍能满足系统的散热需...     

高效双端泵电光腔倒空Nd：YLF1053nm激光器

采用150 W光纤泵浦模块双向端面泵浦Nd：YLF晶体,使用Zemax光学设计软件,设计了使泵浦光成像比例为1.0∶1.5的4片式耦合光学系统,并利用高速RTP晶体电光腔倒空技术,得到了短脉宽、高稳定性和高光束质量的1 053 nm激光输出。当重复频率为1 Hz、注入能量为32 mJ时,输出脉冲宽度为2.5 ns、能量...     

钕玻璃、Nd:YAG和Nd:GGG热容激光特性比较

考虑固体热容激光器对工作介质的要求,对比分析了掺钕的玻璃、YAG和GGG的多种材料性能。并对三者在激光工作周期内的瞬态温度场及热应力进行了数值模拟。结果表明:在给定的边界及工作条件下,当钕玻璃激光器以热容方式工作,时间为5 s时,介质最高升温超过400 K,最大热致应力为25 MPa,接近其断裂极限的50%。在此条件下进行冷却,当水温为283 K时,需经过约120 s才基本恢复到初始工作状态。而Nd：YAG和Nd：GGG两种介质在相同输入工作条件下,工作时间可达10 s,且温度分布相对平坦,温差和热应力较小,经水冷约30 s可恢复到初始状态。但模拟计算中,发现Nd：YAG在冷却阶段的最大应力达77 MPa,已超过断裂阈值下限值的50%。兼顾冷却时间、材料所能承受的应力及晶体生长尺寸,以及实现100 kW的平均功率输出等因素,Nd：GGG晶体是目前三者中比较适合于作为高平均功率、重复率热容方式工作的激光材料。     

LD抽运钕玻璃薄片放大器热管理结构

基于传热学基本理论,借助有限元分析方法,对LD端面抽运钕玻璃薄片激光放大器激光介质的瞬态热效应进行数值模拟.通过对不同边界条件下钕玻璃薄片内部温度场及应力场的分析,研究了LD端面抽运钕玻璃薄片的热效应特性,并对比了不同热管理方案下钕玻璃薄片的温度分布.结果表明:采用白宝石窗口结合外围热沉TEC制冷的冷却方案最佳.此种冷却方案下钕玻璃薄片内最高温度在非抽运面中心处,约120℃.虽然比直接对抽运面水冷方式的冷却效果稍差,但是可以避免抽运面直接水冷所引起的一些问题.相关研究结果也表明,由于钕玻璃热阻较大,即使加强径向散热,抽运区的热量仍然难以从径向疏散,对热管理方案进行优化时应该考虑从尺寸较小的轴向进行散热.     

70倍高增益激光二极管阵列侧面抽运钕玻璃放大器

对侧面抽运模块的抽运结构进行了优化,采用漫反射腔设计,利用3个激光二极管阵列(LDA)旋转对称抽运尺寸为Ф2mm×75mm,掺杂原子数分数为4%的钕玻璃棒。钕玻璃棒两端面镀有在1053nm高透率为99.8%的增透膜,为消除放大的自发辐射(ASE)光振荡,钕玻璃两端面采用1.5°倾角设计。放大器采用集体制冷,产生的热量由在热沉中流动的去离子水带走。能量10μJ,工作频率1Hz,脉冲宽度3ns,输出波长1053nm的种子激光经过钕玻璃放大器后,在抽运功率为8.2kW,抽运脉冲宽度为400μs时达到了70倍的稳定高增益,放大器的荧光分布均匀,脉冲波形图放大后无畸变。     

Nd:GGG激光晶体热容工作下的热致效应与冷却特性数值模拟

基于对称双侧激光二极管（LD）抽运Nd：GGG（掺钕钆镓石榴石）激光晶体板条，从热传导基本方程出发，以废热等效于内热源模型为前提，利用有限元分析软件ANSYS对Nd：GGG板条在热容工作下的瞬态温度场及应力场进行了数值模拟，分析了在不同边界条件下温度和应力随时间和空间的变化特性及其热致变形。计算结果表明：在激光发射阶段，边界非绝热使得板条在垂直光轴方向产生温度梯度，由此产生的折射率梯度和应力梯度导致距离光轴最远的板条边缘和光轴处产生约0．2μm的变形量。同时模拟了冷却阶段空气对流冷却、水循环冷却及喷雾冷却条件下的温度变化过程，研究了适用于热容板条固体激光器工作的冷却手段。