准三能级固体激光器热透镜效应模拟

为了研究准三能级条件下固体激光器的热透镜效应,采用轴对称分布的晶体,泵浦光以高斯光束形式垂直端面射入晶体.分析出谐振腔的等效构图,然后利用ABCD光学传输矩阵理论模拟出谐振腔的稳定范围.在晶体内部散热均匀情况下,模拟了晶体内部温度的三维分布,计算晶体的热透镜焦距.利用数学物理方法解出晶体在不同功率和光斑半径下晶体内部的温度分布,并且计算出热透镜焦距的大小.利用MATLAB进行数据处理和数值计算,研究泵浦功率和泵浦光斑半径对热透镜焦距的影响.

二极管泵浦准三能级固体激光器的新进展

对比了掺Nd3+、Yb3+、Ho3+、Tm3+等稀土离子的准三能级固体激光的特性,分析了它们在圆棒、板条、薄片、光纤等构型的固体激光器中的工作性能。着重总结了高平均功率掺Yb3+固体激光器的最新进展,最后简要介绍了本研究小组在高功率Yb:YAG/YAG复合板条激光器和光纤激光器两方面的最新研究结果。

Nd^(3+)∶YAG的946nm准三能级激光系统理论分析

建立了Nd3+ ∶YAG的 946nm准三能级激光系统的速率方程。指出了端面抽运的准三能级激光系统增益介质存在的最佳长度。讨论了激光阈值、斜效率随a值的变化关系。采用特殊膜系抑制了谱线竞争 ,实现了 946nm的激光振荡。通过优化设计 ,在最大功率为 2W的 80 8nmLD的抽运下 ,获得了最大输出功率为 490mW的 946nm的激光。

腔内倍频准三能级与四能级激光器噪声特性的比较

利用同种激光晶体Nd∶YAG和同种倍频晶体LiB3O5(LBO)分别构成蓝光(473 nm)与绿光(532 nm)激光器并进行了噪声特性研究。分析了腔内倍频准三能级与四能级激光器噪声的不同机理。实验发现:在输出功率为50 mW的情况下,腔内倍频准三能级激光系统的倍频光噪声为120%,比腔内倍频四能级激光器噪声大得多,后者在输出功率为60 mW的情况下,激光噪声在5%以下。针对准三能级倍频激光器的这种特点,采用耦合微分方程组模型进行了分析。结果指出,问题的根源在于准三能级激光系统中具有较大的再吸收损耗,如果能够适当控制该损耗,准三能级激光系统的倍频噪声问题便会得以改善。

LD泵浦Nd:YAG晶体准三能级热效应理论与实验(英文)

对LD端面泵浦圆柱形Nd:YAG晶体产生946 nm激光的晶体热效应进行了分析。考虑晶体的准三能级结构和腔内传播功率的分布,对热转换系数进行了修改,得到了更符合实际情况的晶体内部温度场分布。当泵浦功率为15W时,晶体端面中心温度由未修改参数前的242.73℃升高到了387.43℃,提高了144.70℃。分别对修改参数前后的热透镜焦距进行了理论计算,并进行了实验测量。实验测量结果和修改参数后的理论计算值相符合。此理论将为激光谐振腔的优化设计、准三能级和三能级的热效应研究提供参考。

LD纵向泵浦的946 nm Nd:YAG准三能级激光系统的研究

对准三能级系统进行了研究,分析了激光上、下能级不同的能级寿命以及上能级自发辐射对下能级粒子数所造成的影响,修正了Fan等提出的纵向泵浦准三能级系统的理论模型.进行了数值模拟,得出了系统参数对LD纵向泵浦的946 nm Nd:YAG激光器性能的影响规律。认为在一定掺杂浓度和输出损耗情况下,存在最佳晶体长度使阈值最低,及最佳模式匹配使斜效率最高。理论得到了实验验证.

LD泵浦准三能级系统的理论分析及实验优化设计

从速率方程的理论出发 ,推导出了LD端泵准三能级系统的输出功率及斜效率的表达式 ,讨论了泵浦光及振荡光的空间分布变量及晶体长度和透射率对输出功率的影响 ,由此可得到在一定条件下的实验优化设计方案。

二极管泵浦准三能级板条固体激光器的优化设计(英文)

基于最大激光增益条件,分析和优化了二极管泵浦准三能级Yb∶YAG固体板条激光器的激光增益、板条的最佳光学长度和最佳宽度参数。结果表明:在低功率侧面泵浦条件下,板条增益介质的掺杂浓度和板条宽度满足一定的关系,这为研究该类激光器提供了一条有效途径,其结果可应用于其他准三能级固体激光器设计。

准三能级的阀值功率计算及倍频理论

由准三能级系统的速率方程,计算当激光谐振腔处于稳态时的反转粒子密度数,从而建立腔内基模振荡所满足的稳态方程.在阀值附近,计算出泵浦速率Rth,即可解出相应的阀值功率Pth,最后通过对三波耦和方程的倍频分析计算倍频效率.

具有光学双稳特性的连续波准三能级激光器的一般模型(英文)

简要报道由所建立的具有光学双稳特性的准三能级激光器的一个简单模型所导出的主要结果。该模型从理论上预言,在某些特定条件下激光运转的输入-输出关系可存在滞后回线。Yb掺杂的钒酸盐晶体激光振荡中所出现的光学双稳态行为的主要特征,都可由该模型得到解释。

准三能级固体激光器中激光介质长度优化

为进一步提高激光二极管端面泵浦的准三能级激光器转化效率,基于速率方程理论,引入能量传输上转换效应和激发态吸收效应,对自吸收损耗进行研究。设计了平凹谐振腔,采用不同长度的Nd:GdVO4晶体作为激光介质进行实验验证。研究结果表明:自吸收损耗同激光介质长度呈正比关系,但随着泵浦功率增加而减弱。实验结果证明了最佳激光介质长度的存在,泵浦功率30 W以内,最佳激光介质长度在5~6.5mm范围内递增,且实验结果和理论计算结果相符合。

准三能级连续光激光器振荡阈值的数值模拟

以LD端面泵浦的准三能级连续光Nd:YAG激光器为例,讨论了阈值泵浦功率的表达式,用数值模拟的方法得出了在不同谐振腔条件下入射泵浦功率阈值的分布情况.

运转于准三能级的Nd:GSAG连续及锁模激光器

近年人们发现通过采用LD直接泵浦的Nd：GSAG激光器可直接产生942nm的激光输出。这是一种可用于探测星球大气层中水蒸气的运行于935nm，942nm或944nm中任一波长的差分吸收雷达激光光源，但前尚未见有关运转于942nm的Nd：GSAG激光器的报导。本文将具体报导运转于准三能级的942nm连续及锁模Nd：GSAG激光器的研究结果。

Nd:GGG晶体准三能级938 nm激光研究

本文首次报导了Nd：GGG晶体运转于准三能级938nm连续激光输出的相关研究结果，在入射泵浦功率为5．9w时，在938nm获得最大输出功率为620mw，其斜率效率为15％，如果进一步优化晶体的掺杂浓度和长度，将可能获得更大的激光输出。

脉冲泵浦对准三能级Nd:YAG激光晶体热效应的影响

对热效应影响严重的准三能级系统激光晶体采用脉冲激光泵浦,在泊松方程中引入矩形方波函数,考虑晶体侧面与冷却液之间的对流传热,以及晶体端面与外界的热传导,建立圆柱形Nd:YAG晶体的热传导模型和边界条件,采用有限元差分方法,求解变形后的泊松方程,得到激光晶体内温度的建立过程和临界稳定温度场分布。结果表明,采用脉冲泵浦方式能大大降低晶体内部的温度,有效减小晶体内部的热效应,为准三能级和三能级系统激光晶体的热效应研究提供了参考。

端面泵浦准三能级激光器的多物理场仿真研究

针对准三能级板条激光器报道了一种新的多物理场仿真模型。该模型基于泵浦光的吸收特性、热力学以及激光的增益特性,对传统的准三能级计算模型进行补充。模型考虑到激光的产生对增益介质内部物理场的影响,并基于多物理场之间的耦合关系给出一种新的收敛仿真方法。该模型适用于单端、双端泵浦的激光谐振腔与放大器。

准三能级Tm:YAP自调Q固体激光器理论探讨

在考虑基态重吸收的前提下,建立了准三能级Tm:YAP自调Q激光器的速率方程理论模型。通过数值模拟,确定了Tm:YAP的晶体掺杂浓度为5.0at.%,长度为5 mm,输出透过率为6%的耦合镜,为实现稳定的自调Q脉冲输出可行性提供了理论依据。讨论了泵浦功率在7~18 W时,脉冲宽度、重复频率、峰值功率、脉冲能量等随泵浦功率的变化关系。在泵浦功率为18 W时,脉冲宽度为5.1 μs,重复频率为22.7 kHz,峰值功率为12.1 W,脉冲能量为61.9 μJ。

准三能级固体激光器中参数分析

随着世界上第一台激光器的问世,在激光器的发展中固体激光器就成为重要的发展方向之一[1]。以激光二极管端面泵浦的Nd:GdVO4912nm固体激光器为背景,通过晶体在准三能级下的速率方程推出自吸收损耗的表达式,以此确定自吸收损耗与长度的关系。再通过优化不同长度的Nd:GdVO4激光晶体,获得912nm激光最大输出功率。使用数值分析,得出输出功率和泵浦功率之间的计算关系,以此确定激光晶体的最佳长度。

激光二极管抽运Nd∶YAG晶体准三能级的热效应研究

对激光二极管(LD)端面抽运圆柱状Nd∶YAG晶体产生946 nm激光的热效应进行了分析,考虑了晶体的三能级结构和腔内传播功率分布,修改了热转换系数,得出了更符合实际的晶体内部温度场分布。在抽运功率为15 W时,晶体端面中心的温度由未修改参数前的156.83℃变为246.7℃,提高了89.87℃。对修改参数前后的热焦距进行了计算对比,并对热焦距进行了实验测量,实验结果与理论结果基本吻合。该方法适用于准三能级、三能级激光热效应研究,分析及计算结果为LD端面抽运的固体激光器件的热效应研究及谐振腔优化设计提供一定的参考。

纵向抽运准三能级Yb∶YAG激光器的理论模型及实验研究

在激光谐振腔中,边缘冷却的激光晶体中存在着温度梯度分布,从而使激光晶体等效为一个热透镜。热透镜效应对固体激光器的性能影响很大。由于热透镜效应,振荡光光斑半径会随抽运光功率及激光谐振腔腔型结构的变化而变化,这将影响输出光功率的大小。在考虑振荡光光斑半径随抽运光功率及谐振腔变化的情况下给出了速率方程的表达式,并采用数值方法求解。由理论分析可知,输出光功率与抽运光功率及谐振腔腔型结构有关。在相同的抽运功率下,腔型不同输出光功率不同。采用930 nm纵向抽运,发射光波长1030 nm的准三能级Yb∶YAG晶体在三种不同腔型结构下进行实验,实验结果表明腔型结构对激光输出功率影响很大。实验结果与模拟符合较好。