抽运光对激光束空间分布影响程度的估算方法研究

为便于评价两种光场空间分布之间的偏离程度,引入一个数学参数δ进行研究。将该参数应用到谐振腔内分析了抽运光空间分布对基模振荡光光束质量的影响。这种影响主要表现为:若抽运光在激光介质中引起非均匀的增益分布,基模振荡光将偏离高斯分布。利用δ参数对这种影响的程度进行了定量估算。定量研究表明:δ参数可以直观地反映泵浦光分布对激光器光束质量的影响程度,而且在激光器的设计中δ参数的大小可衡量泵浦光分布的优劣。对于端面泵浦二极管泵浦固体激光器(DPL),稳恒运转下最理想的抽运光分布形式是高斯型抽运光,其半径等于谐振腔的基模高斯振荡光半径。

梯度浓度掺杂复合板条抽运分布均匀性的分析

为了提高板条介质内抽运分布的均匀性,基于LD双端抽运Nd∶YAG陶瓷板条放大器设计方案,理论分析了端面抽运条件下,单一浓度掺杂和梯度浓度掺杂板条介质吸收的抽运功率密度分布情况。通过分析可知,对于单一浓度掺杂板条,会产生抽运效率与抽运吸收功率均匀性之间的相互制约问题,而采用梯度浓度掺杂板条介质,在较高的抽收效率情况下,抽运吸收功率分布更加均匀。结果表明,采用梯度浓度掺杂结构可以提高板条介质内抽运分布的均匀性。

LD抽运热容激光器介质内温度分布研究

采用有限元法及光线追迹法,计算得到二极管抽运固体热容激光器介质不同截面内抽运光分布及瞬态的温度三维分布,计算同时考虑了二极管在快轴和慢轴方向的发散特性及介质内不均匀分布的内热源.对二极管抽运单片Nd:GGG热容激光器的实验装置,得到1.49 kW的平均功率激光输出和24.1%的光-光转换效率,1.2 s后,介质端面中心处温度为81℃,模拟结果为78.1℃.

数值模拟抽运分布对端泵激光器晶体热透镜球差的影响

为了研究端面抽运情况下,激光晶体在不同分布的抽运光抽运时热透镜球差的变化,通过对稳态热传导方程和Zernike多项式的求解,建立了热透镜球差与抽运光强度分布的模型,对模型进行了理论分析和仿真研究,并对仿真结果做了进一步理论和仿真分析.结果表明:在相同的抽运功率下,二阶超高斯分布抽运光抽运时球差最大,且随着抽运分布系数k的增大(除高斯分布外)球差逐渐减小;随着抽运功率的增加,抽运分布系数k对球差的影响逐渐加重,且不同分布系数k所产生的球差差距逐渐增大;并对二阶超高斯分布抽运光抽运得到最强激光功率的照射范围进行了理论分析和仿真分析,得知在相同抽运功率下,二阶超高斯分布抽运光得到最强激光功率的范围最宽为0.30—0.63倍高斯半径.

LD抽运Nd∶GGG热容激光器实验研究

报道了激光二极管抽运单片Nd∶GGG热容激光器,实验获得平均输出功率为1.49 kW的激光输出,光-光转换效率为24.1%。同时对介质不同截面内抽运光、温度及温度梯度分布的瞬态三维分布进行了计算模拟。

二极管侧面抽运薄片激光器耦合系统研究

设计了二极管侧面抽运 Nd:YAG 薄片激光器,耦合系统由消像差透镜组和空心光波导组成,对二极管快轴和慢轴方向的抽运光进行压缩和均匀化。采用光线追迹法,同时考虑二极管在快轴和慢轴方向的发散特性及薄片侧面的散射特性,模拟并分析了光线在耦合系统内的传输和薄片内抽运光分布的规律。模拟结果表明耦合系统具有98.1%的耦合效率,同时薄片内具有理想的抽运光分布。

全国产分布式侧面抽运光纤激光器实现千瓦输出

分布式侧面抽运光纤是指一种抽运光由抽运纤通过倏逝场逐渐耦合到信号纤的特殊增益光纤（图1），其抽运通道和信号通道相对独立，在抽运光耦合和光纤器件保护方面具有独特的优势，并且使抽运光吸收和热沉积更加均匀，在功率提升方面具有非常大的潜力，是大功率光纤激光器领域的一个重要研究分支。

抽运光分布对二极管抽运激光器振荡光光束质量的影响

研究了二极管抽运激光器 (DPL)中抽运光的空间分布对振荡光光束质量的影响 .通过对端面抽运情形下光场运动方程的研究 ,发现不均匀的空间增益分布会影响激光振荡的模式 ,并且使得基模振荡光偏离高斯分布 .引入一个称之为抽运光影响因子参数 ,来判断这种影响的程度 .研究表明 ,这个参数计算方便而且实用 .在对基模调Q脉冲激光的研究中发现 ,由于抽运光的影响 ,脉冲前沿的场分布将由远离高斯分布向接近高斯分布变化 。

300W侧面分布式抽运掺Yb全光纤放大器

采用角度磨抛的方式,在纤芯/包层为20/400μm双包层掺Yb光纤上制作了侧面抽运耦合器.该耦合器对975 nm的半导体二极管抽运光的耦合效率最高可达97%,对1080 nm信号光的泄漏比小于2%.分析了侧面抽运耦合器的性能以及多个侧面抽运耦合器的级联分布对抽运耦合效率的影响;同时,在前向抽运和双向抽运方式下,分析了级联耦合器的分布及信号光泄漏比对激光器整体效率的影响,并进行了数值模拟.采用自行研制的侧面抽运耦合器,搭建了侧面耦合分布式抽运、掺Yb双包层全光纤主振荡功率放大器,获得了波长为1080 nm、功率为303 W的基模激光输出.进一步增加抽运点个数,提高抽运功率,可获得更高的输出功率.

基于国产光纤的多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器实现强拉曼抑制的3kW量级功率输出

高功率光纤振荡器因具有结构简单、性能稳定、成本低等优点而备受关注。2017年国防科技大学利用自主研发的分布式侧面耦合包层抽运光纤，实现了多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器的3kW量级功率输出，其受激拉曼抑制超过52dB，验证了多级级联分布式抽运方案在拉曼抑制方面的优势。实验结构示意图及实验结果如图1所示，图I（b）插图为分布式侧面耦合包层抽运光纤横截面示意图。

基于国产光纤的多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器实现2kW的功率输出

高功率光纤振荡器因性能稳定、便携性好、成本低等优点，受到广泛关注。2016年，国防科学技术大学利用自主研发的分布式侧面耦合包层抽运光纤，实现了多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器2kW量级的功率输出，并通过引入末级反向抽运方案，实现了对输出端残余抽运光的良好抑制。实验装置示意图如图1（a）所示。

激光二极管环形侧面抽运YAG激光器抽运光场分布研究

为了改善激光二极管(LD)侧面抽运固体激光器的光束质量,提高TEM00模提取效率,提出了一种LD环形阵列侧向非均匀抽运方式。采用交错放置的两个半环形LD阵列(LDA)侧向直接抽运两根串接的激光棒,非抽运面进行热传导冷却。将LD面阵发出的光做高斯光束处理,利用高斯光束通过光学系统的变换规律,通过计算机模拟,研究了LDA环形侧向非均匀抽运条件下Nd:YAG的抽运光场均匀性,分析了抽运距离、工作物质吸收参数对抽运光场分布的影响。

高效激光二极管侧面抽运Nd:YAG模块

提出了定量表征激光棒内吸收抽运光分布均匀性特征参量——吸收抽运光分布均方根偏差相对值,利用该参量以及自行编制的光线追迹程序,定量分析了五向侧面抽运Nd∶YAG模块内吸收抽运光分布均匀性及耦合吸收效率随激光二极管(LD)Bar条与Nd∶YAG棒表面间距的变化规律,确定了侧面抽运模块优化结构参数;在此基础上研制了抽运频率为100 Hz,占空比为2%的侧面抽运Nd∶YAG模块,其808 nm最大平均抽运功率为200 W,1064 nm短腔最大输出功率为95 W,光光转换效率为47.5%。

端面抽运固体激光器中晶体的热形变

提出了一种易于实现、高空间精度、实时测量激光端面抽运固体激光器端面热形变的干涉测量方法。在一块热效应非常小的光学玻璃与晶体的抽运面之间形成空气劈尖,利用参考光扫描晶体端面准确地测出了激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中晶体的端面热形变。抽运功率为12 W,抽运半径为0.5μm,抽运光束位于晶体端面中心时,晶体的伸长形变为0.645μm,鼓出形变量为0.259μm,总形变量为0.904μm。鼓出形变小于伸长形变,且表面凸起形变总是叠加在轴向伸长形变之上。研究表明表面凸起形变部分较为平坦且占据端面中心大部分区域,并发现热沉的侧面导热情况决定了晶体的伸长形变量。

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。

单频大功率光纤放大器中抑制受激布里渊散射的理论分析

对单频大功率光纤放大器中的受激布里渊散射(SBS)抑制问题进行了分析和模拟。建立了双包层光纤放大器的含有受激布里渊散射效应的传输方程组,并考虑了温度差对受激布里渊增益系数的影响。通过数值求解方程组研究了前向、后向和双向抽运方式下,抽运功率、对流系数、光纤长度和斯托克斯频率偏移对受激布里渊散射增益的影响。在抽运功率、对流系数和光纤长度均相同的条件下,后向抽运方式的受激布里渊增益最小;对流系数或光纤长度的减少会降低受激布里渊增益。计算了总抽运功率为1kW,三段抽运方式下的受激布里渊增益,其结果远远大于增益阈值。因此,设计单频大功率光纤放大器宜采用后向抽运方式,尽量减小光纤外表面空气的对流速度以增加温度差,同时应该尽量缩短光纤长度。