连续激光二极管端泵Tm:YAG晶体棒热效应

根据激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了激光二极管端面泵浦Tm∶YAG晶体棒热模型,利用热传导理论,用有限元分析法对晶体棒的温度场、热应力场和端面形变量进行了数值计算。分析了激光能量分布不同的激光光束(圆形高斯光斑、椭圆形高斯光斑、圆形平顶光斑、方形平顶光斑)、泵浦光斑半径、Tm ^(3+)掺杂浓度对激光棒内部温度场分布及端面形变量的影响,并绘制三维分布图。结果表明,在稳定状态下,若激光二极管泵浦功率为30 W、泵浦光斑半径为400μm时,掺杂浓度为3.5at.%的Tm∶YAG晶体棒泵浦面的最高温升为124.55℃,其泵浦面的最大应力为246 MPa,沿晶体z轴最大应力为209 MPa,泵浦面最大热形变量为0.888μm。该研究为实现Tm∶YAG激光器的设计提供了理论指导。

Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的理论模拟

为了使CTH∶YAG激光器的设计得到更好的优化,从晶体光谱吸收特性、离子间能量转移过程及准三能级运转方式对CTH∶YAG激光器的工作特性进行了理论分析;依据速率方程理论建立了CTH∶YAG激光器运转的理论模型.模拟能量输出与试验结果较好的吻合,验证了此理论模型描述CTH∶YAG激光器运转规律的合理性.模拟结果表明:CTH∶YAG激光器的激光脉冲输出与泵浦有较长的时间延迟且伴随较强的驰豫振荡,冷却温度对激光输出产生较大的影响.

重频Cr,Tm,Ho∶YAG激光器输出特性的实验研究

根据对 2 .1 μm波长Cr ,Tm ,Ho∶YAG激光器输出特性的实验研究 ,详细分析了腔长、输出镜透过率、全反镜曲率半径和水温等因素对激光器输出的影响。在镀银腔情况下 ,重频 5Hz时 ,激光阈值为 4 7J,斜效率为 1 .3% ,输入能量为 1 4 4J时 ,最大输出为 7.9W。重频 1 0Hz时 ,激光阈值为 4 5J,斜效率为 1 .1 % ,输入能量为 1 2 1J时 ,最大输出为 9.7W。

多路高功率Cr,Tm,Ho:YAG激光器技术

文中介绍了四路Cr,Tm,Ho∶YAG激光器在设定时序下轮流工作,顺序耦合进一根320μm的低OH-石英光纤输出,可以成倍地提高Cr,Tm,Ho∶YAG激光治疗机的输出功率,从而能够适应不同的治疗目的和需要。在三路情况下,当单脉冲最大注入能量为100 J,重频30Hz时,激光器直接输出功率50.17W,光纤末端输出功率35.65W,耦合效率为71%。

高功率Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的实验研究

在医学应用上,Cr,Tm,Ho∶YAG激光器需要在大功率、高重频下工作。合理的设计对提高Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的输出功率是很重要的。通过对Cr,Tm,Ho∶YAG输出特性进行理论分析和实验验证可知,腔长、全反射镜曲率半径、输出镜透过率、水温等因素对Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的输出功率均有影响。提出了优化设计Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的方法。在镀银腔情况下,当重频为10Hz时,激光阈值为45J,斜效率为1.1%;当输入能量为121J时,输出的平均功率为9.7W。在陶瓷聚光腔情况下,当重频为10Hz时,激光阈值为40J,斜效率为2.7%;当输入能量为100J时,输出的平均功率为16.2W。

Cr,Tm,Ho∶YAG中Tm→Ho的能量转移

本文采用Boltzmann分布近似 ,计算了不同温度下Tm→Ho的净能量转移 ;计算了实验中不同温度下Ho3 + 离子的荧光发射强度在整个Tm—Ho体系荧光发射中的比例。我们的实验和计算表明 ,对Tm—Ho准三能级体系采用Boltzmann分布近似 。

Cr，Tm，Ho：YAG激光器输出的实验研究

为了研究Cr,Tm,Ho∶YAG激光器输出脉冲能量和晶体温度的关系,利用有限元的方法计算了不同制冷温度和抽运功率情况下晶体内温度的分布,从而分析温度分布对激光实验输出的影响。控制制冷液温度在15℃、重频5Hz时,获得最大能量为217m J的脉冲输出,斜效率约为1.4%;而重频10Hz时,最大单脉冲输出仅为56m J,斜效率约为0.9%。结果表明,制冷温度和频率的增加都将大大增加激光的抽运阈值,同时降低输出效率。

Cr：Tm：YAG晶体生长及其特性研究

本文详细研究了提拉法生长Ｃｒ：Ｔｍ：ＹＡＧ晶体的原料配制和晶体生长工艺，研究了晶体生长过程中出现的主要缺陷，测试了晶体的吸收光谱，荧光光谱及激光性能。结果表明，Ｃｒ：Ｔｍ：ＹＡＧ晶体是一种优良的中红外灯泵激光材料。

2．1μm波长Cr，Tm，Ho∶YAG激光器的进展

根据国内外的文献资料对２．１μｍ波长Ｃｒ，Ｔｍ。

基于89C52的Cr,Tm,Ho∶YAG激光治疗机控制系统的设计

介绍了Cr,Tm,Ho∶YAG激光治疗仪控制系统。通过89C52单片机实现了脉冲激光电源分频电路的控制,通过该芯片控制步进电机驱动器以及脉冲激光电源实现了四路Cr,Tm,Ho∶YAG激光的轮流输出,耦合了一根320μm的低OH-石英光纤,目前的输出功率在国内处于领先水平。

多路Cr,Tm,Ho:YAG激光器合光路的设计

在介绍国外四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器的基础上,提出了三种四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器合光路经光纤输出的方案,并进行了比较,最终确定了基于平面的四路Cr,Tm,Ho:YAG激光器合光路设计方案。在三路情况下,当单脉冲最大注入能量为100J,重频30Hz时,激光器直接输出功率50.17W,光纤末端输出功率35.65W,耦合效率为71%。经文献调研,目前所达到的输出功率处于国内领先水平。

2.1μm激光晶体Cr,Tm,Ho∶YAG的生长、光谱和激光性能

采用提拉法成功生长出了优质的Cr,Tm,Ho∶YAG晶体,并对其光谱及激光性能进行了研究。测量了晶体在350~2700 nm波段内的吸收光谱。用450 nm激光激发,测量了晶体的稳态和瞬态荧光光谱,拟合得到2.1μm激光上能级的寿命为10.65 ms。用F-L公式计算了晶体在2.1μm处的发射截面为6.92×10^(-20)cm^2,并与其他Ho^(3+)掺杂的激光晶体进行了对比。采用氙灯泵浦Cr,Tm,Ho∶YAG晶体棒,实现2.1μm的脉冲输出。在3 Hz和10 Hz时的激光阈值分别为33.11 J和33.88 J,斜效率均为4.5%,比市售成熟的激光棒的激光输出效率更高。

掺Cr^(3+),Tm^(3+),Ho^(3+)离子的YAG晶体的光谱性能

作者测试了Ｃｒ３＋，Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋离子在ＹＡＧ晶体中的吸收谱、荧光谱及荧光衰减寿命。计算了Ｃｒ３＋向Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋及Ｔｍ３＋向Ｈｏ３＋的能量转移效率。表明在（Ｃｒ，Ｔｍ，Ｈｏ）：ＹＡＧ晶体中由于加入Ｃｒ３＋，Ｔｍ３＋离子，使Ｈｏ３＋离子被敏化，荧光强度增大。（Ｃｒ，Ｔｍ。

Cr，Tm∶YAG晶体中的能量转移

通过对Ｃｒ∶ＹＡＧ、Ｔｍ∶ＹＡＧ和Ｃｒ，Ｔｍ∶ＹＡＧ晶体吸收光谱和发射光谱的比较，研究了Ｃｒ，Ｔｍ∶ＹＡＧ晶体中的能量转移过程．指出Ｃｒ３＋→Ｔｍ３＋能量转移过程中，无辐射能量转移占绝对优势．

Cr,Tm,Ho:YAG激光器耦合效率与束腰关系实验研究

热透镜效应对大功率激光器的光纤耦合系统起着明显的作用。Cr,Tm,Ho:YAG激光器输出的光束为多模光束,文章通过计算不同光束质量和散角的光束的束腰直径和束腰位置,对系统透镜的焦距进行优化计算,实验证明,修改后的光纤耦合系统的耦合效率相对原耦合系统有明显提高,耦合后的光纤末端输出能量明显提高,在使用小孔径的光纤时,可以获得更高能量的输出。

YAG∶(Cr,Tm)晶体的研究

YAG∶(Cr,Tm)是一种优良的激光晶体 (激光波长 2 .0 1 μm) ,在医学和激光雷达等方面有很好的应用前景。我们用中频感应加热引上法生长该晶体。生长参数是 :铱坩埚尺寸6 2× 5 5mm ,壁厚 2 .2mm ;生长速度 1 .0～ 2 .0mm/h ;晶体直径2 2～ 2 5mm ;晶体转速 1 0～ 30r/min(对凸界面 )或 75～ 90r/min(对平界面 ) ;掺Tm浓度的原子分数为x(Tm) =1 %～ 1 2 % ;针对不同应用 ,对掺Cr浓度在一定范围内进行了调整 ;生长气氛为中性 (Ar和N2 )。研究了Cr,Tm不同掺杂浓度时对单晶生长和晶体质量的影响 ,以及原料处理方式、生长条件及热处理对晶体光谱特性的影响。采用特殊的生长装置 (形成所需的热场 )和特殊的工艺已获得稳定的平界面生长 (无核心和无位错 ) ,保证了晶体径向质量均匀 ,即使从较小坩埚中也可获得尺寸相对大的YAG∶(Cr,Tm)晶体。已生长出无核心、无位错、无散射颗粒 ,尺寸达2 5× 1 40mm的YAG∶(Cr,Tm)晶体 ,可加工出( 6～ 7)× 1 2 0mm的激光棒。为了克服OH的有害吸收 ,从原料制备和在生长过程前期采取了一些措施 ,已取得较好效果。还开展了对YAG∶(Cr,Tm)激光棒及激光腔镜的 2 μm膜的镀制研究 ,初步探讨了激光试验中膜层损失的问题。用闪光灯泵浦5× 80mm的激光棒已获得 35 8.9mJ的输?

紧凑高效型百瓦级2μm棒状Tm:YAG激光器

报道了一种结构紧凑、高效率、高功率的2μm棒状Tm∶YAG激光器。通过优化设计三向激光二极管(LD)侧面泵浦激光模块,提高了晶体棒内泵浦光的功率密度。激光谐振腔采用平平腔结构,包含单个激光模块,几何腔长为88 mm,整台激光器结构简单、紧凑且体积小。激光模块通过一个水冷机进行冷却,在冷却温度为12℃条件下,获得了最高功率为119 W、波长为2.02μm的激光输出,光-光转换效率为19.6%,斜率效率达32.7%。该激光器可在最大输出功率下连续稳定运转2 h,功率波动小于1%,晶体端面及光学元件表面不结霜。实验测得x和y方向的光束质量因子分别为21.01和21.68。这种紧凑、可靠、高效的百瓦级2μm激光器对于医疗和科学研究等应用具有重要意义。

Cr,Tm,Ho∶YAG激光器能量输出与碎石实验研究

为了研究Cr,Tm,Ho∶YAG激光器输出功率的影响因素,采用改变可控因素冷却水温的方法,获取激光器的抽运阈值和输出功率的变化,并分析了冷却温度、频率及功率的关系。结果表明,激光器阈值随着温度及频率的升高呈增长状态,冷却温度及重频的增加都将导致激光器输出效率的降低;在重频为20Hz时,激光的输出功率达到10.1W,光纤末端的输出功率为7.3W,总的耦合率为72%;在单脉冲能量2.0J^2.5J、重频20Hz^25Hz下,对人体肾部结石能够达到预期的粉碎效果。

Cr,Tm,Ho:YAG激光碎石仪及碎石实验研究

为了促进Cr,Tm,Ho∶YAG激光碎石仪在临床中泌尿科的应用,分析了Cr,Tm,Ho∶YAG激光的工作原理及钬激光碎石仪结构组成,以40名输尿管结石患者为例,对比分析钬激光碎石技术及气压弹道碎石技术的效果,实验结果表明:Cr,Tm,Ho:YAG激光组、气压弹道组两组患者的碎石成功率均为100%,Cr,Tm,Ho:YAG激光碎石患者的住院时间和手术时间明显缩短,具有良好的应用价值。

(Cr,Tm,Ho):YAG晶体中Tm^(3+)离子的中介能量转移作用

测定了晶体的吸收谱，荧光谱和荧光寿命，用Taylor和Dexter理论计算了Cr3+－Ho3+,Cr3+－Tm3+和Tm3_－Ho3+离子间能量转移效率和转移几率．讨论了（Cr，Tm．Ho）：YAG晶体中Tm3+的能量转移中介作用．