CdSe晶体光参量振荡器的热透镜效应仿真研究

在CdSe晶体光参量振荡器(OPO)中,泵浦激光经过晶体后产生大量废热,使CdSe晶体出现明显热透镜效应,从而导致泵浦激光的光斑半径在晶体内部不断变小,最终降低了晶体的损伤阈值和OPO的输出功率。本文利用COMSOL软件对高重频脉冲激光泵浦CdSe晶体进行多物理场建模,完成了CdSe晶体热透镜效应仿真,通过参数优化,发现对流系数与晶体最大温度成反比,与晶体后端面和焦点的光斑半径成正比,聚焦位置随对流系数增加趋于稳定。单脉冲能量和重复频率与晶体最大温度和焦点的光斑半径成正比,与晶体后端面光斑半径和聚焦位置成反比。准直激光光斑半径与晶体最大温度成反比,与晶体后端面光斑半径、聚焦位置和焦点光斑半径成正比。该研究解决了CdSe OPO中晶体后端面光斑半径难以直接测量的问题,为优化CdSe晶体热透镜效应提供了理论依据。

LD抽运复合YAG晶体温度场及热透镜效应研究

为了研究复合Nd∶YAG激光晶体棒在端面抽运下的温度分布及热透镜效应,采用数值分析法得到了端面抽运激光晶体棒内温度场的数值解,当抽运光功率为18W、光斑半径0.2mm时,吸收系数为3.5/cm的复合晶体内最大温度为73.8℃;同时还得到了径向梯度折射率引起的轴向传播光相位延迟分布ΔΦt(r),并与相同条件下的普通晶体作了比较。结果表明,采用复合晶体可以大幅度降低激光晶体内的温升,并减小端面变形导致的透镜效应;复合晶体内的相位延迟分布ΔΦt(r)与普通晶体的相似,且不满足对半径r的二次方关系;热透镜和参考球面镜透镜的相位延迟分布之间存在畸变Δφ,在r较小(r<wp)时,相位延迟分布ΔΦt(r)可近似等效于一球面透镜,其等效焦距fGR IN值与普通晶体的接近,在r较大(r>wp)时,畸变Δφ随r增大而急剧增大。

KTP晶体热效应与光束质量改善研究

讨论了腔内倍频KTP晶体的热透镜效应,计算了平平谐振腔中KTP晶体在最大泵浦功率为180W时的热焦距为853mm;并在此基础上优化了腔型,改善了光束质量。实验中采用了9个20W的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd:YAG棒、单声光Q开关、高效小曲率凸凸腔内倍频谐振腔结构,对KTP晶体和Q开关采取适当的冷却方式,最终实现了光束质量因子M2达3.16,功率稳定性RMS值为0.781%,平均功率为16W的高功率高光束质量的激光器稳定性运转。

螺纹型激光晶体热透镜效应研究

分析了激光晶体热效应的影响因素,利用热传导方程推导出激光晶体由于内部温度分布不均匀造成的端面热形变与晶体表面积的关系.针对普通圆棒晶体和螺纹棒晶体,分别计算了它们的热形变和热焦距,结果表明螺纹棒晶体可有效地改善激光晶体的热效应.

光折变晶体热透镜效应中光孤子产生机制的研究

对光折变晶体热透镜效应中光孤子产生的机制进行了深入的研究 .研究结果表明 ,光孤子产生的根本原因是由于抽运光在非线性光学介质中诱导出的相位孔对探测光衍射的结果 .

光折变晶体的热透镜效应

通过对光折变晶体的热透镜效应的理论分析发现 ,光通过光折变晶体时 ,只有在晶体发生双折射的前提下 ,才能发生热透镜效应 并指出 ,晶体内存在的由热效应引起的横向各向异性温度梯度仅是产生热透镜效应的一个方面 ,而“光阻”则是产生光折变晶体热透镜效应的另一个原因 。

光折变晶体热透镜效应中光孤子传输与耦合特性的研究

籍助耦合非线性薛定谔方程 ,分析了光折变晶体热透镜效应中光孤子传输与耦合特性 .结果表明 ,光折变晶体热透镜效应的实质就是光孤子耦合的结果 ,而光孤子传输与耦合的特性与光孤子的相对位相密切相关 .

光折变晶体热透镜效应中光孤子传输与耦合特性的研究

借助双波导孤子耦合模型 ,通过非线性薛定谔方程分析了光折变晶体热透镜效应中光孤子的传输与耦合特性 .研究结果表明 :光折变晶体热透镜效应的实质就是光孤子耦合的结果 ,光孤子传输与耦合特性与两波导中光孤子的相对位相有密切关系 .

基于侧面热对流的LD泵浦Yb∶KGd(WO_4)_2热透镜效应研究

基于对LD端面泵浦Yb∶KGW激光晶体工作特点的分析,建立了符合条件的激光晶体热模型.考虑晶体侧面的热对流,运用MATLAB和FORTRAN软件,通过有限差分法求解各向异性介质热传导方程,得到了该晶体的温度场分布、端面热形变分布和不同泵浦功率下的热焦距.结果表明:在泵浦功率为14 W时,泵浦面最高温度达272.8℃、最大形变为0.48μm,光斑附近的热焦距为4.8 cm.

光折变晶体热透镜效应中孤子传输与耦合特性的研究

借助耦合非线性薛定谔方程,分析了光折变晶体热透镜效应中光孤子传输与耦合特性。研究结果表明:光折变晶体热透镜效应的实质就是光孤子耦合的结果,而光孤子传输与耦合的特性与光孤子的相对位相密切相关。

端面研磨Nd:YAG晶体棒热透镜焦距测量

主要分析和测量端面研磨凹面的Nd:YAG激光晶体棒的热透镜焦距。实验通过He-Ne光测试法,分别测量了不同功率下的端面研磨和未研磨晶体棒的热透镜焦距,并通过作图比较二者的热透镜焦距随泵浦功率变化情况,得出随着泵浦功率的增大,热透镜焦距逐渐减小的结论。文中对未研磨晶体棒热透镜焦距进行了理论和实验值的比较,曲线情况基本相符,故根据理论计算出补偿热透镜效应所需要的晶体棒的研磨半径。由于通过理论计算得出的研磨半径在实验过程中出现了出光阈值高,输出功率降低等一些现象,不利于生产的需要,故在实际经验的指导下,增大了晶体棒的研磨半径。结论指出端面研磨晶体棒的方法在一定条件下能对激光晶体棒的热透镜效应进行补偿,对大功率固体激光器的研发有一定积极作用。

端面抽运方形复合YAG温度场及热透镜研究

采用数值方法研究了方形截面复合Nd∶YAG激光晶体棒在端面抽运情况下的温度分布及热透镜效应,得到复合激光晶体内温度场的数值解和径向温度梯度引起的轴向传播光相位延迟分布ΔΦT(r),并与同条件下普通晶体的结果进行了比较.结果表明,吸收系数越大,两种晶体中最高温度相差也越大.采用复合晶体可以大幅度降低激光晶体内的温升,同时减小端面形变造成的透镜效应.复合晶体的ΔΦT(r)与普通晶体相似,且不满足对半径r的二次方关系.在r<wp时,这一相位延迟分布可近似等效于一球面透镜,其等效焦距fGRIN值与普通晶体的接近;但在r>wp时,ΔΦT(r)相对于参考球面透镜的相位畸变Δφ随r的增大而急剧增大.

热效应不敏感的Z型全固态绿光激光器设计

为构建LD泵浦Nd∶GdVO4/KTP腔内倍频热效应不敏感的激光器系统,提高绿光激光的热稳定性,利用基于传播圆变换理论的Z型腔图解分析方法,得到光斑半径w2、w3随热动力参数1/ft的变换关系,利用Mathematics编程软件计算得到了具有激光晶体热透镜不敏性的Z型折叠腔参数。当激光器腔长参数为170 mm,523 mm和152 mm时,在20.3 W的注入泵浦功率下获得了2.72 W的531.5 nm连续绿光激光输出,实现光-光转换率13%。通过传播圆变换理论图解分析方法的理论计算和实验研究,发现在1/ft小于0.25 cm-1的情况下,该腔在激光晶体和倍频晶体处的光斑大小稳定,热效应不敏感,像散不明显。

热效应维度对固体激光器输出性能影响的研究

LD端面泵浦固体激光器具有结构紧凑,效率高,输出光质量好等优点,但LD端面泵浦结构下激光晶体内部的温度梯度较大,热效应显著。本文建立了激光增益介质的热传导模型,计算泊松方程,最终求出块状和板条状增益介质内部温度场分布,并求解了热透镜产生后所形成的光程差和其焦距。结果表明,较块状晶体,板条状晶体呈现一维温度场分布,且泵浦中心的温度远低于块状晶体,从而较好的改善了影像输出光质量的晶体热透镜效应。在相同谐振腔和泵浦光参数下,板条晶体泵浦激光器的光束质量的得到明显改善。

Yb：KGW激光晶体无热方向的计算与分析

针对各向异性Yb∶KGW激光晶体有可能存在热透镜效应为零的传播方向(即无热方向),利用Biswal等人2篇文献和Pujol等人对Yb∶KGW晶体热膨胀系数的测量结果,分别采用最小二乘法和二阶张量旋转计算出对应晶体的热膨胀张量,据此计算出2篇文献中所述晶体的无热方向。通过对比分析发现:尽管晶体热膨胀张量存在一定的个体差异,但是该晶体普遍只存在2个无热方向,即当光为m偏振时,在p-g平面内与p轴成正负二十多度的2个方向,而不是Biswal等人给出的4个无热方向。另外,利用得到的热膨胀张量计算出某特定方向的热光特性与瑞典的Hellstrom等人报道的激光器热透镜实验结果相一致。

高功率绿光激光器热稳定性的研究

本文报道了对平均功率达110W的高功率、高重复频率全固态绿光激光器热稳定性的研究。针对实验中出现的532nm绿光输出平均功率不稳定的情况,分析了泵浦电流、谐振腔长度等因素的变化对平-凹腔的稳区范围和腔内激光模式特性的影响。理论分析中分别把KTP晶体和Nd:YAG棒看做薄透镜和热透镜,通过计算谐振腔传输矩阵的方法,得到了稳区范围和腔内光束分布情况。实验中采用的泵浦头由80个20W的高效率半导体激光器组成,按照五角形等间距侧面泵浦Nd:YAG棒,采用高效率的声光Q开关,倍频晶体为Ⅱ类相位匹配的KTP晶体(φ=24.7°,θ=90°),最终得到了平均功率为110W的532nm激光输出,实验结果与理论计算符合得很好。

光折变晶体中二波耦合光强依赖现象和各向异性热透镜效应

实验发现,掺Ce离子的光折变晶体KNSBN中二波耦合光强依赖现象和各向异性热透镜效应有共生关系.光吸收引起晶体温升乃至引起.光折射率的增加是产生这种现象的主要原因.

LD泵浦Nd:GdVO_4蓝光激光器动态热稳定腔设计

为了提高Nd:GdVO4晶体直腔式蓝光激光器的热稳定性,本文在分析了端面泵浦情况下Nd:GdVO4(钒酸钆)晶体的热透镜效应,着重讨论了447nm蓝光激光器的输出功率波动与热透镜焦距之间的关系。与此为依据,在传统基模动态稳定腔设计方法基础上加以改进,借助MATLAB数学软件及Matrix Laser谐振腔设计软件,通过对谐振腔腔长、输入和输出镜曲率半径及腔内各个元件所处位置等参数进行优化。通过模拟及实验结果证明按此方法所设计的谐振腔具有良好的动态热稳定性。

Compton散射下光折变晶体中的孤子传输特性

应用多光子非线性Compton散射模型和耦合非线性薛定谔方程,研究了Compton散射下光折变晶体中的孤子传输特性,结果表明,光折变晶体热透镜效应的实质,是晶体内形成的光孤子与空间电荷场中的孤子传输与耦合的过程,其耦合特性不仅与两波导中的孤子的相对相位有关,而且与Compton散射有关。两波导中的孤子的相对相位相同或相反,散射都会使它们之间发生能量交换和交换能量的周期发生变化,从而使形成的孤子的轮廓变得模糊。即使光沿着晶体的光轴方向传输,也有发生双折射的可能性。

福建福晶科技有限公司的光胶晶体实现批量生产

福建福晶科技有限公司完成了Nd：YVO^4＋KTP（1．8mm×1．3mm×3．5mm）光胶晶体的试制，并已正式投入大批量生产。该产品在500mWLD泵浦下可稳定产生〉50mW的绿光，目前广泛应用于舞台激光灯的制造。该公司同时开始批量生产YVO^4＋Nd：YVO^4＋YVO4，YAG＋Nd：YAG＋YAG等深化光胶晶体（diffusion bonded crystal）。该产品能有效地减少高功率LD泵浦下晶体的热透镜效应。