双激光二极管阵列侧面交错抽运的电光调Q Nd∶YAG激光器

采用双激光二极管阵列(LDA)侧面交错抽运Nd∶YAG晶体,通过电光调Q的方式获得1064 nm动态脉冲激光输出。这种抽运结构可以使晶体内的增益场与谐振腔基模实现良好的匹配,易于得到良好的光束质量和大能量输出。抽运源采用峰值功率为100 W的准连续LDA,采用直接贴近抽运的方式,KD*P晶体作为电光Q开关。并应用高斯光束传输的ABCD定律,计算了谐振腔稳区范围,给出了较为合理的谐振腔参数。所设计的激光器在重复频率20 Hz,抽运能量1200 mJ时,获得了最大输出能量151 mJ,脉宽8.48 ns的1064 nm动态激光输出,光-光转换效率为12.6%。

高功率环形激光二极管阵列重复脉冲抽运激光器中棒的瞬态温度分布

采用光线追迹方法和有限元方法,对高功率环形激光二极管阵列(LDA)重复脉冲抽运Nd:YAG激光器中,棒的瞬态温度分布进行了详细的计算模拟,分析比较了不同抽运阶段、抽运频率及占空比的情况下棒内的瞬态温度分布。结果表明:高功率环形LDA重复脉冲抽运时,棒中心处温度随时间变化成锯齿形分布,棒内温度随抽运频率和占空比的增大而增大,最后温度随时间成周期性变化。

激光二极管侧面抽运调Q倍频Nd∶YAG激光器

对高平均功率输出的激光二极管侧面抽运电光调Q倍频Nd∶YAG激光器进行了研究,当采用90个60W的脉冲激光二极管阵列抽运时,在重复频率为10Hz下,实现了最大平均功率为1180mW的1064nm红外激光输出,光-光转换效率为11%。腔外倍频获得600mW的532nm绿光输出,倍频效率达到50%以上。

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。

二极管侧面抽运Nd:YAG 4波长同时输出激光

为了获得1 064 nm,1 319 nm,589 nm及660 nm 4波长激光同时输出,设计了双激光晶体同步声光调Q"T"型复合谐振腔。通过软件模拟与计算,筛选出理想的谐振腔参数,使2波长基频光在大泵浦电流范围内能稳定运转。以KTP晶体和LBO晶体为和频晶体和倍频晶体,在泵浦电流为17 A,重复频率为10 kHz时,获得了1 064 nm,1 319 nm,589 nm和660 nm 4波长激光输出,最高平均功率分别为150 mW,80 mW,2.3 W和1.7 W,同时测得589 nm激光和660 nm激光的脉冲宽度分别为110 ns和130 ns。结果表明:使用热稳"T"型复合腔,可以获得4波长激光同时稳定输出。

激光二极管阵列侧面泵浦薄片激光器的热效应

建立了激光二极管阵列快轴垂直于薄片表面、对快轴压缩、环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型。依据激光二极管阵列的输出光束特性,运用有限元法,得出了薄片内的泵浦光、温度和热应力分布。分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明:热破坏主要为复合面外侧的拉伸破裂;温度和应力的上升时间和恢复时间随泵浦功率的变化不明显,随换热系数的增大而减小,存在一个最佳的换热系数;考虑热力学参数温度相关性的稳态温度和应力要大于不考虑热力学参数温度相关性时的值。

千赫兹二极管抽运Nd:YAG激光器

报道了一种采用双二极管抽运头、电光调Q实现高重频、窄脉宽Nd∶YAG激光输出特性。在重复频率1 kHz,二极管驱动电流65 A,BBO晶体电光调Q条件下,实现了平均功率6.5 W,电光效率10%,脉冲宽度17.25 ns的TEM00模1064 nm激光输出。研究了KD*P及BBO晶体的高重频工作特性,为下一步在高重复频率抽运时获得大能量的高光束质量激光输出奠定较好的基础。

激光二极管侧面抽运电光调Q固体激光器

本文以大功率激光二极管侧面抽运固体激光器的基本原理为基础，结合实际应用，设计了一种直角棱镜谐振腔5／4圆柱面式激光二极管抽运电光调Q激光器。研制的样机以重复频率20HZ运行时，输出脉冲能量60mJ、光束发散角4mrad。

LD阵列侧面泵浦棒状激光介质内的光场研究

建立了LD侧面泵浦激光介质内的光场分布数值模型。通过光线追迹方法,简化了介质对泵浦光折射的计算方式。利用Matlab软件数值模拟了泵浦光在介质内的归一化分布。提出获得高质量、高能量的激光输出参数的选取原则。当LD的束腰半径为1μm、LD的数量为40个、介质的半径为1.5mm、发光面到介质的泵浦距离为0.5mm、介质吸收系数在2cm^((-1))～6cm^((-1)之间时,泵浦光在激光介质内的增益分布较好。

LDA侧面抽运棒状激光器热透镜效应的有限单元法分析

建立了激光二极管阵列端面抽运棒状激光介质的数值模型.考虑到介质与空气的对流换热和介质的热力学参量随温度的变化,根据经典热传导方程和热弹性方程,运用有限单元法,得出了棒状介质内瞬态温度、热应力和应变的分布.分析了热透镜焦距随抽运功率的变化规律,所得的规律与有关文献相符合.理论分析结果可为激光二极管阵列抽运固体激光器的结构优化设计和实验提供理论参考.

侧面抽运光参数对DPL激光器增益分布的影响

为了研究侧面抽运固体激光器时激光工作晶体中的增益分布特性,分析了侧面抽运结构特点,采用数值计算方法计算了单向侧面和三向侧面抽运光参数对激光晶体中增益分布的影响.研究结果表明:抽运光束腰半径越小,激光晶体的轴线上增益越大,激光晶体径向增益分布越集中;晶体的吸收系数越小,激光晶体中抽运均匀性就越好,但总的吸收效率下降;在吸收系数和束腰半径过小时,激光晶体不能完全吸收抽运光的能量,抽运光利用率降低;此时在晶体侧面抽运光出射面增镀抽运光的增反射膜,能提高抽运光的能量利用效率.

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。

LDA抽运Nd∶YAG/KTP腔内和频589nm连续波激光器

报道了一种激光二极管阵列(LDA)抽运Nd∶YAG双波长和频黄光激光器.黄激光是由Nd∶YAG晶体的1064 nm和1319 nm谱线腔内和频产生.以KTP为和频晶体,采用Ⅱ类临界相位匹配,在12 W的808 nm抽运功率下,获得了最高功率为430 mW连续波基横模的589 nm黄激光输出,光光转换效率为3.6%,光束质量因子M2<1.2.实验结果表明采用激光二极管阵列抽运Nd∶YAG/KTP腔内和频技术是获得黄激光的高效方法,并可以应用到其它激光增益介质的两条谱线进行腔内和频,获得更多不同颜色的单谱线激光输出.

LDA抽运Nd:YAG／LBO单通道腔内和频589nm激光器

报道了一种光纤耦合激光二极管阵列(LDA)抽运Nd:YAG晶体、腔内I类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态589nm激光器的设计和实验结果。黄光激光是由Nd:YAG 晶体的1064nm和1319nm谱线腔内和频产生,其对应能级跃迁分别为4F3/2到4I11/2和4F3／2 到4I13/2。实验采用三镜腔结构,在808nm 12W的抽运功率下,获得了最高功率为384mW连续波TEM00的589nm黄光激光输出,光束质量因子M2<1．2,4h功率不稳定度小于±2％。实验结果表明采用三镜腔进行腔内和频是获得589nm黄光激光的有效方法,并可以应用到 Nd:YAG晶体的其它谱线或具有多条谱线的其它激光增益介质,获得更多不同波长激光输出。

四程抽运Yb∶YAG薄片激光器

设计了四程抽运的Yb∶YAG薄片激光器。选用掺杂原子数分数为10%,几何尺寸为Φ10 mm×300μm的薄片状Yb∶YAG晶体,采用铟焊工艺将其焊接到水冷系统上,用可调式恒温水箱对其进行温度控制。使用两个Φ=30 mm,R=50 mm的球面反射镜,完成了四程抽运。利用蒙特卡罗方法对抽运光斑的大小进行了计算,将反射镜轴向与光纤头轴向夹角控制在12°以内,以使抽运光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则。在LDA抽运功率为4.13 W时,获得了最高功率为670 mW的1030 nm连续激光输出,光-光转换效率为16.2%。实验结果表明:该结构可降低激光介质的热透镜效应和应力双折射效应,获得高光束质量的激光输出,但散热系统和焊接工艺需进一步优化。

端侧面组合抽运DPL热透镜效应研究

通过数值计算发现:在端侧面组合抽运DPL中,晶体横截面上的温度分布接近于轴对称分布,并且端面抽运功率占有率越大,温度分布越接近于轴对称分布。将端侧面组合抽运DPL中的热效用等效薄透镜近似,给出了等效热透镜焦距的计算方法,分析了组合抽运引起的热透镜效应对基横模振荡光的光斑尺寸和衍射损耗的影响。在总抽运功率一定的情况下,端面抽运功率占有率的变化对热透镜焦距有一定的影响,占有率越大,热透镜焦距越长。提高端面抽运功率占有率,可在一定程度上减小热透镜效应对振荡光束尺寸和衍射损耗的影响。

LD侧面泵浦Nd:YAG无水冷调Q脉冲激光器

研制了一种新型泵浦结构的LD侧面泵浦Nd:YAG无水冷调Q全固态脉冲激光器。通过选取合适激光晶体,用每组12个LD厘米条构成的三列阵列管,按120o均匀分布,进行侧面泵浦。在泵浦光反向冷却套侧壁镀高反射金膜,使激光棒侧向均匀泵浦,实现低阶膜输出。用柱透镜聚焦,利用光线追踪法,通过计算机数值计算,获得合理参数,达到高效耦合。用半导体制冷器冷却,使内部热量及时散出,通过外部大热沉向空间散热,实现无水冷,保证激光器恒温工作。减小了激光器体积,提高了系统效率,获得波长1.06nm、脉冲宽度10～12ns、最大能量98mJ的低阶膜激光输出。

LDA侧面泵浦薄片激光器的泵浦光和温度分布

建立了激光二极管阵列(LDA)环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型,LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA的输出光束特性,考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性,根据经典热传导方程,运用有限单元法,得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律,讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律,所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。

V型槽侧面抽运的光学耦合模型的研究

V型槽侧面耦合是目前双包层光纤抽运光耦合的方法之一。本文提出了一种二透镜光学系统的耦合模型,并利用几何光学的ABCD矩阵分析和计算了透镜焦距与激光二极管阵列(LD-Arrays),透镜,双包层光纤(DCF)三者之间间距的关系,同时通过计算确定了V型槽所开的最佳角度。通过数值模拟计算发现透镜焦距的选取在很小范围内会引起两透镜间距的剧烈变化而且激光二极管与透镜的间距以及两透镜间的间距主要取决于靠近激光二极管那个透镜的焦距大小。本文的分析和计算对V型槽侧面抽运的光学耦合系统中透镜焦距的选取以及LD,透镜,DCF三者之间间距的设置的最优化提供了理论指导。

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。