LDA侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光放大器模拟与实验研究

介绍了一种激光二极管叠阵(LDA)侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光放大器构型,采用三维光线追迹方法进行了详细的模拟仿真,优化设计了此放大器系统的泵浦耦合结构,主要研究了多边形增益介质的掺杂离子浓度与侧面切角对介质内部泵浦光分布的影响。在晶体厚度1.5 mm、端面口径16 mm的条件下,侧面切角在35°~65°,Nd^(3+)掺杂浓度为0.20 at.%~0.30 at.%时,模拟仿真中Nd:YAG多边形薄片对泵浦光的吸收分布较均匀,泵浦光分布均匀性均优于0.1,同时在实验中得到了平顶的荧光分布和增益分布。介质内储能的均匀平顶分布有利于实现高功率高光束质量的激光输出,为侧面Zigzag泵浦多边形薄片激光器系统的设计与进一步实验提供了重要参考。

LD环状侧面均匀泵浦Nd∶YAG激光振荡器

激光二极管(Laser Diode,LD)环状侧面均匀泵浦的激光振荡器具有结构简单、光束质量高、单脉冲能量大等特点,常常在高能脉冲固体激光器中作为主振荡功率放大(MOPA)结构的振荡器,一直是国内外科研人员研究的重要方向之一。本论文通过Zemax软件对不同激光二极管排列方式以及不同工作物质吸收系数对吸收光场的影响的进行了仿真。基于仿真结果,设计了一种20个bar条串联的环状侧面泵浦结构,以提高晶体吸收的均匀性。通过该环状侧泵结构,结合超高斯非稳腔设计,搭建了一种双棒串接激光振荡器进行实验研究。该振荡器实现了在100 Hz重复频率下,单脉冲能量为496 mJ、脉冲宽度为12.4 ns的1064 nm激光输出,光束质量优于9 mm·mrad,光-光转换效率为18.5%。并且该振荡器可以维持光轴稳定不变的同时,实现20 ns脉宽以内变档可调。实验结果证明了该环状侧面均匀泵浦结构可靠有效,为MOPA结构振荡器选取提供了一种有效的方案。

基于GO法的Nd:YAG侧面泵浦激光器可靠性分析

本文报道了基于GO(Goad Oriented)法的Nd∶YAG侧面泵浦激光器可靠性分析,建立了Nd∶YAG侧面泵浦激光器的GO图模型,定性分析了Nd∶YAG侧面泵浦激光器的薄弱环节,定量计算了激光头中各薄弱环节的可靠性结果,包括等效故障率λR、等效维修率μR、平均无故障工作时间(MTBF)等;并定量计算了KTP晶体故障率的改善对Nd∶YAG侧面泵浦激光器可靠性提高的影响。本文中建立的GO图模型可为Nd∶YAG侧面泵浦激光的优化及可靠性评价提供理论依据。

侧面脉冲泵浦Nd:YAG同步声光调Q激光器

报道了脉冲半导体激光器侧面泵浦Nd:YAG同步声光调Q纳秒激光器。采用连续输出50 W的Nd:YAG侧面泵浦模块,当半导体激光器泵浦脉宽250μm、重复频率1 kHz、声光Q开关延时270μm时,实现了平均输出功率2.27 W、脉冲宽度71 ns的稳定调Q脉冲输出。

LD侧面泵浦Nd:YAG激光器介质的瞬态热效应

基于热传导理论建立了LD脉冲单向侧面泵浦棒状Nd:YAG晶体的瞬态温度场分析模型,利用有限元软件模拟了LD单脉冲泵浦和重复脉冲泵浦过程中晶体的瞬态温度场,考察并分析了温度场分布规律及其影响因素。研究结果表明,单脉冲泵浦过程中的升温阶段,随着泵浦光功率、冷却水温度、吸收系数的增大,晶体中心的温升逐渐增加,而随着对流换热系数的增加,温升逐渐下降;在降温阶段,随着晶体半径和冷却水温度的增大,降温速率下降,而随着对流换热系数的增加,降温速率也增加;对重复脉冲泵浦过程中,占空比越大,引起棒的温升幅值越大、温升的周期性改变程度有所下降。该研究结果对LD侧面泵浦激光工作物质的热效应研究具有指导意义。

二极管阵列侧面泵浦固体激光介质的光场分布

研究LD阵列侧面泵浦Nd:YAG激光器泵浦光场的分布特点。首先,在已建立的二极管单bar单侧面泵浦YAG晶体泵浦光场分布数值模型的基础上,进一步建立了适用于激光二极管阵列多侧面泵浦YAG晶体的泵浦光场分布数值模型。然后,根据所建模型,采用光线追迹的方法,借助Matlab编程模拟了单侧面、二侧面、三侧面、五侧面泵浦方式的泵浦光分布特点,分析了系统参数:介质半径、介质吸收系数、光束光腰半径、泵浦距离、二极管bar间距、介质表面粗糙程度对泵浦光分布特性的影响,总结出了一般规律。可为二极管泵浦固体激光器的结构设计和实验研究提供理论参考。在理论分析的基础上,进行了单侧面、二侧面泵浦方式的二极管阵列直接侧面泵浦固体激光器的实验研究。实验结果与理论分析结果基本相符,验证了所建数值模型的正确性。该数值模型的特点是:采用光线追迹方法;适用于漫反射表面工作物质;适用于多种侧面直接泵浦方式,具有可扩充性。

二极管侧面泵浦薄片激光器泵浦均匀性分析

建立了二极管侧面泵浦复合薄片激光介质Nd:YAG/YAG的数值模型:二极管阵列的快轴垂直于薄片激光介质表面的排布,二极管对称排列在增益介质的周围,从侧面进行泵浦,通过微柱透镜对二极管的快轴进行准直。模拟并实验研究了激光二极管慢轴方向的远场分布特性,结果发现在近距离时激光二极管慢轴方向上的远场分布近似为高斯分布。对于二极管参量,研究发现泵浦二极管越多,增益介质内泵浦光分布就越理想;增益介质吸收系数越小,泵浦的均匀性就越好,但总的吸收效率下降;二极管与工作物质的距离越近,工作物质靠近中心的区域对泵浦光的吸收就越多,但泵浦的均匀性就越差。选用增益介质为Nd:YAG/YAG的复合薄片介质,当掺杂原子分数以及增益介质的吸收系数不同时,发现0.6%掺杂的增益介质(吸收系数为0.24 cm-1)的泵浦均匀性比1%掺杂(吸收系数为0.51 mm-1)有明显改善,实验结果与模拟结果一致。

双包层光纤的侧面泵浦耦合技术

泵浦耦合技术是获得高功率光纤激光器的关键技术之一。双包层光纤侧面泵浦耦合技术通过双包层光纤侧面将泵浦光耦合入内包层 ,相对于光纤端面泵浦耦合技术有很多优点。针对于双包层光纤激光器的特点 ,已经发展了多种光纤侧面泵浦耦合技术。概述了目前已经在实验中采用的光纤侧面泵浦耦合技术 。

激光二极管bar侧面泵浦Nd∶YAG激光器热效应研究

从不同侧面泵浦方式的泵浦光强分布出发,依据热传导方程,求解出棒状激光晶体内的温度分布,计算出不同泵浦分布时的理论热透镜焦距,并进行热透镜实验。理论分析和实验表明,随着泵浦方向的增多,晶体内泵浦光强和温度分布越接近于轴向对称分布,热透镜更接近球面透镜。

LD直接侧面泵浦棒状介质的光场研究

采用光线追迹的方法 ,建立了一套二极管直接侧面泵浦固体激光器的泵浦光场分布的数值模型 ,运用计算机进行模拟计算 ,分析系统结构参数对泵浦均匀性的影响 ,可为二极管泵浦固体激光器结构设计提供理论指导。实验测试了 3种不同的侧面泵浦方式下激光介质的荧光分布图 ,所得结果与模拟计算结果基本相符 。

二极管侧面泵浦圆片激光器增益介质内泵浦光分布

设计了二极管侧面对称泵浦Nd:YAG圆片激光器实验装置,耦合系统采用简单且有效的柱透镜组,分别对二极管快轴和慢轴方向的泵浦光进行压缩准直。模拟得到并分析了二极管的发散特性对增益介质内泵浦光分布的影响,模拟采用光线追迹法,且同时考虑了二极管在快轴和慢轴方向的发散特性。实验得到增益介质内的荧光分布与模拟得到的泵浦光分布相吻合。

侧面泵浦激光器热透镜效应的有限元分析

针对侧面泵浦的固体激光器工作介质产生的热透镜效应进行了分析 ,建立热传导方程。采用有限元分析的方法对不同泵浦条件下激光棒内的温度场和应力变化进行分析。提出补偿热透镜效应的有效措施。

高功率连续侧面泵浦1341.4 nm Nd:YAP激光器

报道了一台线性偏振输出、波长为1 341.4 nm、采用激光二极管(LD)连续侧面泵浦的Nd:YAP激光器。通过分析Nd:YAP晶体的能级结构和跃迁特点,显示了Nd:YAP晶体作为1.3μm波段激光器的工作物质的优点。实验对比了不同透过率的输出耦合镜片的输出功率。最终以透过率为6.5%的输出耦合镜片,在555 W的LD泵浦功率下获得了121 W的平行于晶体c轴线性偏振(c偏振)的1 341.4 nm激光输出,光-光转化效率21.8%,斜率效率为41%;并且在c偏振激光失稳后成功获得了平行于a轴的线性偏振(a偏振)的1 339.2 nm激光。

三向侧面泵浦固体激光器中热透镜的研究

本文理论分析侧面泵浦固体激光器热透镜效应,详细讨论介质中泵浦光分布和温度梯度分布,提供了热透镜的数值解法。实验研究三向侧面泵浦固体激光器的热透镜,所测实验结果与数值计算结果相吻合。该数值方法为DPL的谐振腔设计提供有效途径。

二极管侧面泵浦固体激光器热效应研究

文中对大功率二极管侧面泵浦固体激光器的热效应进行了分析 ,并对灯泵浦固体激光器与二极管固体激光器的热效应进行比较 ,在实验中得出了大功率二极管侧面泵浦固体激光器热效应的经验公式。

(1+1)型长距离侧面泵浦光纤实现17.4 kW激光输出

长距离侧面泵浦激光光纤在泵浦光注入、热管理、非线性抑制等方面具有天然优势,是实现高功率激光输出的有效途径。研制了(1+1)型长距离侧面泵浦激光光纤,采用1018 nm同带泵浦反向注入方式实现了17.4 kW激光输出,斜率效率为82.1%,3 dB线宽为1.3 nm,拉曼抑制比为37.8 dB。研究结果展示了长距离侧面泵浦光纤作为数十千瓦光纤激光放大器增益介质的巨大应用潜力。

LDA侧面泵浦固体激光器泵浦结构参数优化

为LDA侧面泵浦Nd∶YAG棒状固体激光器的优化设计、参数选取及后续试验提供了理论依据和参考,建立了环形侧面泵浦棒状介质泵浦光场分布数值计算模型,研究了LDA侧面泵浦固体Nd∶YAG激光器泵浦光场的分布特点。模拟分析了LDA的bar间距、玻璃管厚度、激光晶体半径等几个主要泵浦结构参数对泵浦光场分布的影响。通过对不同泵浦参数下泵浦光分布特性的数值计算,优化了LDA侧面泵浦固体激光器的泵浦结构参数,优化后的仿真结果表明:在泵浦距离为2mm条件下,晶体直径为4mm,玻璃管套筒厚度为1mm,冷却水层厚度为1mm时,泵浦光在晶体中心处强度相对值为40.8%,在晶体轴心附近分布比较均匀,且均匀分布区域相对较大。

LD脉冲侧面泵浦Nd：YAG电光调Q低重频窄脉宽紫外激光器

介绍了在1～20Hz电光调Q情况下,半导体脉冲激光侧面泵浦Nd:YAG晶体腔外四倍频266nm紫外激光器的输出特性.实验采用直腔结构,在腔外分别利用KTP和BBO晶体产生532nm倍频绿光、266nm四倍频紫外激光.当泵浦电流为120A、重复率为1Hz时,266nm紫外激光最大单脉冲能量为15.4mJ、脉宽8ns,峰值功率高达1.93mW;重复率20Hz时,获得了最大平均功率为156.2mW的266nm紫外激光输出,四倍频的转换效率为10.63%.同时利用一组分光镜,获得了352mW的532nm脉冲绿光和423mW的1064nm脉冲红外光输出.

二极管侧面泵浦固体激光器TEM_(00)模输出研究

针对大功率二极管 (LD)侧面泵浦固体激光器的光耦合及泵浦结构方面的问题 ,我们设计了一套相应的高效光耦合系统及三个二极管 1 2 0°对称泵浦的结构系统。在此基础上 ,实现了高重频、高效率的 TEM0 0 模激光输出。

熔锥型侧面泵浦耦合器的研究

现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤,相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角,其内包层的直径很小,因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器,可以大幅度提高泵浦光功率,实现增益光纤的多点泵浦,在双包层光纤放大器中使用良好,安全稳定,实现了较高的耦合效率,达到了70%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入的隔离度大于50dB,泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现,熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。