Thermal Analysis of Blue Laser Diode for Solid State Lighting Application

Solid-state light sources based on laser diode are becoming great alternative for LEDs. Improvement of the thermal characteristics of InGaN LD is very important for realizing reliable devices. In this investigation the influence of the temperature of diode on light parameters was studied. White light was obtained by coupling blue light of diode with yellow phosphors: YAG:Ce3+ and GYAG:Ce3+ with nitride. For three values of the temperature of LD’s stem, regulated by Peltier module, CCT, CRI and chromaticity coordinates were measured by spectroradiometer. The importance of emission characteristics of materials was shown. Subsequently, the influence of temperature on laser diode intensity was investigated for 120 hours. This experiment was repeated for different levels of current and temperature. Finally, the steady state of thermal finite element analysis was performed to reveal the distribution of the temperature. The analysis showed the importance of heat sink and also temperature control.

Nd^(3+):YAG固体激光器电光调Q激光脉冲的时域分析

Nd3+:YAG固体激光器多元激光精密同步合成技术是实现大能量、高峰值功率脉冲激光输出的重要途径。由于单元激光器为电光调Q体制固体激光器,脉宽10ns量级,要实现时域上精密合成,其关键技术是在激光脉冲精密测时的前提下对Nd3+:YAG固体激光器电光调Q进行精密光电控制。通过对Nd3+:YAG固体激光器电光调Q激光脉冲建立机制的理论分析和仿真,得到单元激光器在不同控制参数下的输出特性。试验结果表明:脉冲激光输出波形与仿真结果相吻合,达到预期效果。在此基础上提出了激光精密同步合成的技术条件和可行性,开展了三单元的激光精密同步合成试验验证,经测试合成同步精度达到±1ns,合成效率90%以上。

高功率高光束质量脉冲Nd:YAG激光器

以实现高功率、高光束质量的脉冲激光输出为目的,对非对称平-凹谐振腔的结构进行了理论分析。设计出了高功率、高光束质量非对称放置的平-凹谐振腔、双氙灯泵浦的脉冲Nd:YAG激光器。当占空比为9%时,实现输出激光平均功率近480 W,光束参数积优于12.7 mm.mrad,电光转化效率近4%,与理论分析吻合,可用芯径300μm的光纤传输,不稳定性优于±1%。加工实验证明有较好的质量:切割材料为不锈钢,厚度为3 mm时、切割速度为0.6 m/min和厚度为1.5 mm、切割速度为1.2 m/min时,两种情况下所得切缝宽度均为250μm,且切割上下沿光滑。

LD泵浦Yb∶YAG固体激光器研究进展

Yb^(3+)离子掺杂YAG晶体(Yb∶YAG)作为一种性能优良的激光晶体已广泛应用于高效、高功率激光领域,在光纤温度传感器、激光切割钻孔以及军用领域都具有重要的应用价值。本文分析了Yb∶YAG作为激光增益介质的优势,对近年来国内外激光二极管泵浦Yb∶YAG激光器的研究进展进行了总结,分别介绍了Yb∶YAG透明陶瓷激光器、掺镱光纤激光器,可调谐Yb∶YAG激光器、Yb∶YAG薄片激光器以及双波长Yb∶YAG激光器的最新研究情况,并对其发展前景进行了展望。

Cr^(4+)∶YAG被动调Q4倍频全固态紫外激光器的研究

设计了LD泵浦Cr4 + ∶YAG被动调Q的全固态Nd∶YAG脉冲红外激光器。腔外首先经过焦距为10 0mm的聚焦透镜 ,将 10 6 4nm的红外激光耦合到长为 9mm的KTP 2倍频晶体中 ,得到平均功率为 2 9mW的脉冲绿光。然后将 5 32nm的脉冲绿光经过焦距为 30mm的聚焦透镜 ,耦合到长为 4mm的BBO 4倍频晶体上 ,获得了峰值功率为 7.3W ,平均功率为 1.1mW ,重复频率为 12 .5kHz,脉冲宽度为 12ns的 2 6 6nm紫外激光 ,其绿光 紫外光的转换效率为 3.8%,红外光 紫外光的转换效率为 0 .7%。

LD端面泵浦腔内倍频Yb：YAG绿光激光器

报道了一种激光二极管(LD)端面泵浦10at%掺杂Yb:YAG激光晶体(4×4×1mm)和Ⅰ类临界相位匹配LBO的腔内倍频全固态绿光激光器.为了克服"绿光问题",采用了两个激光二极管偏振耦合系统.在双路泵浦功率为1.2W时,获得最高功率为40mW525nm的连续基模激光输出.在腔内插入Cr4+:YAG饱和吸收体被动调Q,在泵浦功率为1.2W时,可以获得平均功率为5.2mW,脉冲重复频率为2.44kHz,脉冲宽度为51.5ns,峰值功率为41.7W的515nm脉冲激光输出.输出波长发生变化,而且515nm脉冲激光输出的阈值仅为728mW.

可调脉宽YAG激光脱毛机研究

介绍了可调脉宽YAG激光脱毛机的工作原理,整机结构和关键技术指标。该机工作频率为1次/秒,脉宽可达40ms,单脉冲输出可达40J,能量密度达140J/cm^2,经初步临床实验,取得了较满意的结果。

全固态Yb∶YAG激光器发展现状

介绍了Yb∶YAG晶体的激光特性,分析了Yb∶YAG 1030 nm激光器、1049 nm激光器、倍频激光器、可调谐激光器以及新型陶瓷激光器的发展现状。

LD泵浦的Yb∶YAG激光器最新进展

简要介绍了Yb∶YAG晶体的激光特性 ,重点介绍了LD泵浦的Yb∶YAG激光器在几个国际著名的研究机构的最新进展 。

阵列口径Nd:YAG片状激光器重复频率输出特性研究

介绍了一种新型阵列口径的固体片状激光器的设计及初步实验,研究了其激光输出特性。激光器采用2×1阵列的以布儒斯特角放置的片状Nd:YAG激光头模块,并采用氙灯泵浦方式,由平均功率为60kW电池组电源供电;电源采用大电流恒流放电,对输出放电进行可编程控制。实验得到32 J的单脉冲输出,小信号增益系数为0.047 5 cm-1;泵浦单脉冲运行,脉宽为1～5 ms时,输出能量呈线性增长;当重复频率为20Hz时,5 ms脉宽比1 ms脉宽输出功率下降30%,其原因是布儒斯特角结构存在时,由热应力引起的热致双折射损耗造成输出下降。

LDA端面泵浦声光调Q Yb：YAG1．03μm激光器

在国内首次报道了LDA端面泵浦1.03μm Yb∶YAG声光调Q激光器。由于Yb∶YAG晶体为准三能级结构,再吸收损耗大,振荡阈值高,因此采用大功率LDA进行端面泵浦,并采用半导体制冷器(TEC)进行有效温控和制冷。利用声光调制器主动调QYb∶YAG室温下实现了1.03μm脉冲激光输出。实验结果表明:在泵浦电流30A,重复频率20kHz时,获得最大平均功率670mW;在泵浦电流25A,重复频率1.22kHz时,获得最窄脉宽53.9ns;在泵浦电流30A,重复频率1.22kHz时,获得最大峰值功率5.74kW和最大单脉冲能量371μJ。

LD泵浦Cr^(4+),Nd^(3+):YAG自调Q腔内倍频激光器研究

Cr^(4+),Nd^(3+):YAG晶体的激光特性得到了系统研究。在LD泵浦下,Cr^(4+),Nd^(3+):YAG晶体获得了1.064μm的自调Q激光输出.激光平均输出功率达到3.36 W,脉宽65 ns,重复频率87 kHz,光-光效率为15.3％.加入KTP晶体后实现了自调Q腔内倍频,获得了532 nm的绿色脉冲激光输出:平均功率达到1W,脉宽210 ns;重复频率47 kHz,光-光效率为6％.对自调Q激光及其腔内倍频发现的现象进行了讨论。

Cr^(4+)∶YAG固体激光器效率的理论分析

对Cr^(4+)∶YAG固体激光器的吸收效率、量子效率、储存效率和提取效率等本征效率进行了分析.Cr^(4+)∶YAG晶体的吸收截面、发射截面、上能级寿命和激活离子浓度等对激光器的本征效率有很大的影响.提高Cr^(4+)∶YAG晶体的光学品质和激活离子的掺杂浓度,优化泵浦源的运转波长和激光腔的设计都能显著改善Cr^(4+)∶YAG固体激光器的本征效率.

LDA泵浦Cr^(4+):YAG被动调QNd:YAG激光器实验研究

采用300W准连续激光二极管阵列LDA端面泵浦Nd:YAG晶体,微柱透镜和透镜导管耦合,Cr4+:YAG可饱和吸收体被动调Q,实现调Q脉冲输出,激光腔长4.5cm,Cr4+:YAG晶体初始透过率Tcr=73.2%,泵浦能量63.48mJ,输出单脉冲激光,脉冲宽度10ns,单脉冲能量3.42mJ,输出脉冲被调制并产生明显尾脉冲现象,分析了原因,说明调制脉冲是由于空间电磁辐射干扰,Cr4+:YAG晶体的慢恢复可饱和吸收特性导致尾脉冲产生。

一种基于Cr4+:YAG晶体的紧凑高效被动调Q 脉冲激光器

研究并设计了一种基于Nd:YVO_4晶体的紧凑高效全固态1 064 nm激光器。在连续波运转状态下,当泵浦功率为7.8 W时,激光器最大输出功率为2.49 W,相应的光-光转化效率为31.92%,斜率效率为35.77%。在此基础上,利用尺寸为3 mm×3 mm×1 mm Cr^(4+):YAG晶体作为被动调Q元件,实现了1 064 nm稳定调Q脉冲运转。当激光器谐振腔优化为9 cm、泵浦功率为7.8 W时,实验获得了2.13 W的调Q脉冲输出,相应的光-光转换效率为27.31%,重复频率为357.1 k Hz,脉冲宽度为75 ns。

无水冷LD侧面泵浦Nd∶YAG固体激光放大器

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算,模拟出输出激光特性,即随着放大器泵浦电流的增加,放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加,呈线性增长趋势,在泵浦电流为80A时,输出光能量逐渐饱和,最大输出能量为798mJ.实验中,放大器入射光源采用脉冲能量为350mJ、重复频率为10Hz、脉宽为10ns的脉冲激光,放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5mm×134mm,Nd^(3+)的掺杂浓度为1.1%,泵浦功率最大24kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10Hz,泵浦电流为80A,泵浦脉冲宽度为200μs时,获得了最大脉冲能量为700mJ、脉冲宽度为10ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.

连续侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷激光器被动调Q研究

对比研究了808 nm激光二极管列阵侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷与Nd∶YAG单晶激光器在连续和被动调Q运转下的激光输出特性。对于Nd∶YAG陶瓷激光器,在145 W泵浦功率,平平谐振腔20%输出耦合镜透过率时,获得最大44.28 W的1 064 nm连续激光输出,光-光转化效率和斜效率分别为30.5%和38.2%.谐振腔中插入初始透过率87.89%的Cr4+∶YAG晶体作为被动调Q开关,在124 W泵浦功率下获得10.03 kHz重复频率,4.62 W平均功率,5.54 kW峰值功率的准连续激光输出。同样实验条件下利用相同尺寸和掺杂浓度的Nd∶YAG单晶进行对比,结果表明Nd∶YAG陶瓷在高功率泵浦下具有广阔的应用前景。

基于多层石墨烯可饱和吸收体的被动调Q Ho∶YAG激光器

报道了2μm被动调Q的Ho∶YAG激光器,该激光器采用Tm^(3+)光纤激光器作为泵浦源,使用多层石墨烯作为可饱和吸收体。在连续波激光输出模式下,当泵浦功率为4.2 W时,获得了750 mW激光输出,输出激光中心波长为2.09μm,斜率效率为29.6%。在连续波激光器谐振腔中插入多层石墨烯可饱和吸收体并调整谐振腔,获得了脉冲激光输出。当泵浦功率为4.2 W时,获得最小脉冲宽度3.1μs、重复频率66.6 kHz的脉冲激光输出,其最大平均输出功率为170 mW,斜率效率为12.6%,光束质量因子M_x^2=1.15,M_y^2=1.12。

紧凑型准连续泵浦调Q Nd∶YAG激光器

本文设计了一种紧凑型端面泵浦电光调Q Nd∶YAG激光器。为实现激光器整体结构紧凑,以快轴准直后的半导体激光器叠阵(Laser Diode Arrays,LDAs)作为泵浦源。使用焦距分别为40 mm和25 mm的球面镜和柱面镜将泵浦光耦合至Nd∶YAG晶体内。利用Tracepro软件模拟了晶体入射端面和出射端面的光场分布。在采用Ф6 mm×30 mm、掺杂浓度1. 0at.%Nd∶YAG晶体作为增益介质时,入射与出射泵浦光斑分别为5 mm(慢轴)×4. 5 mm(快轴)和3 mm(慢轴)×6 mm(快轴),吸收效率为83%。利用Ansys软件模拟了在22℃和60℃条件下Nd∶YAG激光器壳体在360 s内的温度场动态分布。实验结果表明,本文设计的紧凑型激光器可以实现稳定的脉冲激光输出。在重复频率分别为30 Hz和50 Hz条件下,获得了单脉冲能量为30 mJ和25 mJ的单脉冲输出,对应脉冲宽度分别为18 ns和16 ns,斜效率分别为11. 6%和14. 71%。实验结果表明,本文设计的紧凑型激光器可以实现稳定的脉冲激光输出。

二极管端面泵浦Nd:YAG 1319nm连续波激光器

阐述了一种二极管端面泵浦的1 319 nm Nd:YAG连续波全固态激光器,理论上分析了最佳谐振腔长和最佳透过率,通过试验在腔长4 cm,泵浦功率7 W,输出镜透过率3%时,获得1 319 nm最大连续波输出功率1.3 W,光-光转换效率为20.6%。