圆棒Nd:glass热容激光器的热过程半解析分析

建立了基于Nd:glass热容激光器的热传导模型,利用半解析热分析理论,对于给定的边界条件和初始条件,分别求解出泵浦阶段和冷却阶段时圆棒Nd:glass晶体的Poisson方程的解,得出圆棒Nd:glass晶体的温度场、形变场以及由端面热形变引起的热焦距、附加光程差的计算公式。研究结果表明:当泵浦总功率为2kW,4阶超高斯分布LD对Nd:glass晶体泵浦4s时,获得泵浦阶段圆棒Nd:glass晶体最高温升67.10℃,最大形变量为35.45μm,中心处附加光程差为5.677μm。冷却阶段圆棒Nd:glass晶体冷却800 s后中心最大热形变量为0.943μm。为优化热容激光器提供了理论依据。

A high-power high-stability Q-switched green laser with intracavity frequency doubling using a diode-pumped composite ceramic Nd:YAG laser

We successfully obtain a high-average-power high-stability Q-switched green laser based on diode-side-pumped composite ceramic Nd：YAG in a straight piano-concave cavity. The temperature distribution in composite ceramic Nd：YAG crystal is numerically analyzed and compared with that of conventional Nd：YAG crystal. By using a composite ceramic Nd：YAG rod and a type-II high gray track resistance KTP （HGTR-KTP） crystal, a green laser with an average output power of 165 W is obtained at a repetition rate of 25 kHz, with a diode-to-green optical conversion of 14.68%, and a pulse width of 162 ns. To the best of our knowledge, both the output power and optical-to-optical efficiency are the highest values for green laser systems with intracavity frequency doubling of this novel composite ceramic Nd：YAG laser to date. The power fluctuation at around 160 W is lower than 0.3% in 2.5 hours.

应用Nd∶YAG激光加工连杆初始裂解槽

为改善连杆裂解槽加工精度和质量,进而提高裂解连杆的成品率,通过试制两种连杆产品,确定了激光加工参数。采用Nd∶YAG固体激光器对两种类型的连杆进行了裂解槽激光加工试验,分析了采用不同切割参数加工的裂解槽质量,并对激光切割参数进行了优化。结果表明:激光峰值功率、离焦量、切割速度、脉冲频率、辅助气体压力、激光入射角等对裂解槽的加工质量均有很大的影响,其中激光峰值功率2.4kW,脉冲时间0.4ms时,切槽深度为0.453～0.457mm,当脉冲频率与切割速度比值约为3,在非正离焦量状态下,所加工的裂解槽对连杆的裂解非常有利,能够满足M0406连杆的裂解质量要求。

掺Nd^(3+)激光材料的研究进展

介绍了掺Nd3+激光离子晶体、陶瓷、玻璃和微晶玻璃材料的研究现状,比较了各种掺Nd3+激光材料的性能,分析了不同的掺Nd3+激光材料的各自用途,评述了有代表性的掺Nd3+激光材料的光谱和激光特性,讨论了掺Nd3+激光材料研究和应用方面的发展趋势。

高效率激光二极管泵浦100Hz3.5J Nd:YAG MOPA激光器(英文)

研制了结构简单、高效率激光二极管泵浦Nd∶YAGMOPA激光器.振荡级输出单脉冲能量1.13J,重复频率为100HZ.MOPA系统输出最大单脉冲能量2.35J,光-光转换效率为39%.实验结果和理论计算符合较好.

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器技术

二极管泵浦Nd:YAG棒双通放大器采用两个峰值功率6.5 kW激光泵浦模块作为泵浦源。每个激光泵浦模块由81个二极管激光器组成,Nd:YAG棒直径为6 mm,Nd掺杂质量分数1%。在两个封装方式和结构一致的激光泵浦模块之间采用光学像传递和插入90°石英旋转片进行退偏补偿。在重复频率400Hz,谐振腔输出单脉冲能量6 mJ时,双通输出400 mJ,激光器光光转换效率为12.3%,光束质量4.6,脉宽15ns。

端面研磨Nd:YAG晶体棒热透镜焦距测量

主要分析和测量端面研磨凹面的Nd:YAG激光晶体棒的热透镜焦距。实验通过He-Ne光测试法,分别测量了不同功率下的端面研磨和未研磨晶体棒的热透镜焦距,并通过作图比较二者的热透镜焦距随泵浦功率变化情况,得出随着泵浦功率的增大,热透镜焦距逐渐减小的结论。文中对未研磨晶体棒热透镜焦距进行了理论和实验值的比较,曲线情况基本相符,故根据理论计算出补偿热透镜效应所需要的晶体棒的研磨半径。由于通过理论计算得出的研磨半径在实验过程中出现了出光阈值高,输出功率降低等一些现象,不利于生产的需要,故在实际经验的指导下,增大了晶体棒的研磨半径。结论指出端面研磨晶体棒的方法在一定条件下能对激光晶体棒的热透镜效应进行补偿,对大功率固体激光器的研发有一定积极作用。

掺Nd^(3+)硼硅酸盐玻璃的非线性光学特性

在调Q纳秒Nd:YAG强激光脉冲下,使用闭孔Z-扫描技术研究了硼硅酸盐基质玻璃及其掺Nd3+玻璃的三阶光学非线性特性。发现基质玻璃具有正的三阶非线性折射系数和非线性吸收系数,属于自聚焦反饱和吸收型的光学介质;而随着Nd3+的掺入,该硼硅酸盐玻璃的三阶非线性折射和吸收系数较基质玻璃有明显的增大,远高于一个量级。用开孔Z-扫描实验与光限幅实验进一步验证了掺Nd3+玻璃具有较高的三阶非线性吸收系数,表明Nd3+的掺入提高了硼硅酸盐玻璃在532 nm处的激光防护性能。

双端面泵浦Nd:YAG激光晶体棒温度特性研究

为解决激光双端面二极管泵浦Nd：YAG激光晶体热效应问题,根据激光晶体的吸收特性参数,近似计算了双端面泵浦光在晶体内部的体积热源表达式,通过matlab软件模拟了双端面泵浦光在晶体内部产生的温度场分布。研究结果表明：分别使用30W泵浦光在晶体两个端面注入时,晶体棒内最大温升为650K,研究结果为提高全固态Nd：YAG激光器性能提供了理论依据。

Nd^(3+)/Yb^(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤的发光与激光特性研究

以970 nm和808 nm半导体激光器作为抽运源,从光纤长度和抽运功率两个方面,探讨了Nd^(3+)/Yb^(3+)摩尔浓度比约为4:1的共掺磷酸盐玻璃光纤的发光与激光特性.在970 nm抽运下,光纤光谱以Yb^(3+)离子的发光为主,但Yb^(3+)→Nd^(3+)能量传递会对光纤光谱(激光和受激放大自发辐射)产生调制作用,调制作用随970 nm抽运功率或光纤长度的增加而显著,甚至出现显著的双波长激光现象.尽管玻璃样品中Nd^(3+)→Yb^(3+)的能量传递效率ηNd→Yb高达64%,但在808 nm抽运下,激光峰始终在1053 nm附近产生,且与808 nm抽运功率大小和光纤长度无关.为解释这一现象,推导了考虑Nd^(3+)离子受激辐射的能量传递模型.从理论模型来看,Nd^(3+)→Yb^(3+)能量传递作用随Nd^(3+)离子受激辐射信号光强度的增加而迅速减弱,这与该光纤实际测试的荧光光谱随808 nm抽运功率的变化规律相符合.因此,当采用Nd^(3+)离子来敏化Yb^(3+)离子时,需要考虑Nd^(3+)离子的受激辐射对Nd^(3+)→Yb^(3+)能量传递的抑制作用.

飞秒激光在掺Nd^(3+)光热敏折变玻璃中写入光波导

利用中心波长1 028nm、重复频率50kHz、脉冲宽度220fs的超短脉冲激光在掺Nd^(3+)光热敏折变玻璃中刻写双线型和压低包层管状波导.研究了激光功率、波导双线间距、管状波导直径对近场模式的影响,得到了两组导光模式较优的波导.利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到两类波导最大的折射率增加量分别为+7.0×10^(-4)和+5.5×10^(-4).利用散射法测得双线型波导的传输损耗为1.29dB/cm;通过测量插入损耗得到压低包层管状波导的传输损耗小于1.95dB/cm.利用飞秒激光在掺Nd^(3+)光热敏折变玻璃中直接写入光波导,在集成光学器件上具有广阔的应用前景.

Effect of copper impurity on the optical loss and Nd^(3+) nonradiative energy loss of Nd-doped phosphate laser glass

N31-type phosphate laser glasses doped with different concentrations of Cu were prepared. Their optical loss coefficient at 1053 nm wavelength and nonradiative transition rate from the Nd3＋ 4F3/2 state were determined and analyzed in detail. The optical loss coefficient per unit of Cu2＋ （cm–1/ppmw） and the fluorescence decay rate （Hz/ppmw） caused by Cu2＋ and Nd3＋ interaction were 0.0024 and 7.9, respectively. Cu impurity affected both optical loss at 1053 nm and fluorescent emission of Nd3＋ 4F3/2 state seriously in N31 laser glass.

LD-pumped gas-cooled multislab Nd:glass laser amplification to joule level

We demonstrate a laser diode end-pumped helium gas-cooled multislab Nd:glass laser amplifier. The design and thermal management of the proposed laser amplifier are discussed. The thermally induced wavefront aberration of the slabs was also measured and compared with simulation results. A small-signal single-pass longitudinal gain of 1.8 was measured with a pump energy of 7.3 J. With an injected seed energy of 0.6 m J, the output energy from the amplifier reached 0.5 J at 0.2 Hz and 0.43 J at 0.5 Hz in a multipass extraction geometry, thus demonstrating the feasibility of diode-pumped,high-energy lasers with direct gas cooling.

Dual-wavelength Bi2Se3-based passively Q-switching Nd3+-doped glass all-fiber laser

We demonstrate a dual-wavelength passively Q-switched Nd^（3＋）-doped glass fiber laser using a few-layer topological insulator Bi2Se3 as a saturable absorber（SA） for the first time, to the best of our knowledge. The laser resonator is a simple and compact linear cavity using two fiber end-facet mirrors. The SA is fabricated by Bi2Se3/polyvinyl alcohol composite film. By inserting the SA into the laser cavity, a stable Q-switching operation is achieved with the shortest pulse width and maximum pulse repetition rate of 601 ns and 205.2 kHz,respectively. The maximum average output power and maximum pulse energy obtained are about 6.6 mW and 38.8 nJ, respectively.

NEW 10 GW TUNABLE Nd-GLASS LASER SYSTEM WITH NARROWED LINEWIDTH

A new 10 GW tunable Nd-glass laser system with narrowed linewidth is reported. Thespecialities, mainly concerning physical ideas, optical path scheme and critical techniques,and output properties of this system are given.

端面泵浦热传导各向异性激光棒的温度场

为了解决LD端面泵浦热传导各向异性激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、侧面冷却的Nd∶YVO4晶体热模型。考虑到Nd∶YVO4为热传导各向异性材料,而光纤耦合LD输出光束有超高斯分布的特点,利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面泵浦热传导各向异性激光介质温度场的一般解析表达式,并定量分析了超高斯泵浦光阶次、泵浦功率以及光斑尺寸对Nd∶YVO4晶体温度场的影响。研究结果表明,若LD输出功率为50W,光学聚焦耦合器的传输效率为82%,用四阶超高斯光束端面泵浦掺钕离子质量分数为0.5%的Nd∶YVO4晶体时,泵浦面可获得528.95℃的最大温升。所得结果可用于LD端面泵浦热传导各向异性激光介质全固态激光器热稳腔的设计,对于提高激光器性能具有理论指导作用。

钕玻璃介质中强激光束传输特性的初步研究

由入射强激光束的强度或相位调制引起的小尺度纹波在经过非线性介质后 ,将产生强烈的自聚焦效应。在非线性相位延迟 ( B积分 )超过一定值后 ,将严重影响光束的近场强度分布 ,甚至造成丝状破坏。数值模拟和实验研究了在一定强度调制下的光束经过钕玻璃介质发生自聚焦成丝效应的阈值条件 ,以及非线性传输的一般规律。可以通过模拟计算 ,给出高功率激光系统设计中的 ΔB判据。

烟火泵浦钕玻璃激光器出光实验研究

烟火泵浦是激光器小型化、便携化的一种解决方法。研制了一种用于钕玻璃激光器泵浦源的化学试剂,其主要成分为金属粉和碱金属含氧酸盐。设计了烟火泵浦钕玻璃激光器实验装置,激光器采用平-凹腔结构、紧包型侧面泵浦,输出镜反射率98%,钕玻璃棒尺寸8 mm×100 mm。采用A,B两种配方的泵浦源进行出光实验,A配方得到了波长为1053 nm能量为29 mJ的激光,B配方没有出光。分别计算了两种泵浦源的阈值辐射强度,并与测量得到的药剂辐射强度平均值比较。A配方所提供的辐射强度2.68×104W.sr-1,大于阈值2.37×104W.sr-1;B配方小于阈值,未能出光。这与实验结果吻合,证明烟火泵浦方法可行。

磷酸盐激光玻璃中杂质离子铁和铜对激光效率的影响

实验研究了Fe和Cu离子对N31型激光玻璃在激光波段1053 nm激光斜率效率的影响。研究发现,随着Fe离子含量的增加,激光斜率效率呈e指数快速下降,激光阈值呈二次方程形式快速增加,并得出Fe离子含量与斜率效率和激光阈值之间的经验关系式。同时发现,在相同掺杂浓度条件下,Cu离子比Fe离子更加严重地降低钕玻璃的激光性能。研究结果对如何提高激光玻璃的增益性能和定量控制原材料的杂质含量具有一定指导意义。