聚焦Tm激光与眼角膜热作用的研究

随着全世界老龄化的加重,老年人的生活质量越来越受到重视,而老花眼(老视)是每个人步入中年都要面对的视觉问题。激光热成型术(LTK)在矫正老视的临床中占有重要的应用前景。为了研究新型Tm激光与角膜热作用的生物学效果,采用有限元方法模拟了聚焦Tm激光各参数作用下角膜组织内温度场的分布。模拟结果表明激光有效穿透深度与激光功率密度和时间都是正向相关,而与能量密度的正向相关性较差激光作用时间越长,角膜组织中的温度梯度越小。实验上,采用猪眼角膜为实验对象,在不同激光功率密度作用下,利用病理切片观察角膜的变化,发现功率密度在86W/cm2至98W/cm2,能量密度在172J/cm2至294J/cm2范围内,角膜组织有合适的穿透深度350μm至425μm和明显的力学变化,能较好实现角膜中胶原的热收缩。

同带泵浦的Tm:CYA调Q锁模激光器

以半导体可饱和吸收镜SESAM作为锁模启动元件,利用同带泵浦技术首次在Tm:CaYALO_(4)(Tm:CYA)激光器实现了被动调Q锁模运转。光路采用X型四镜腔结构,泵浦源采用Er:Y_(3)Al_(5)O_(12)(Er:YAG)固体激光器,其中心波长为1650 nm。分别采用0.5%、1.5%、3%和5%透过率的输出耦合镜,对激光器连续光输出和锁模输出特性进行研究。结果表明:当采用5%透过率的输出耦合镜时,激光器的输出特性最好;当激光器在连续光运转情况下,得到了894 mW的最高功率和16%的最大斜效率输出;将连续光功率优化至最高,在光路中加入SESAM锁模元件后,当吸收泵浦功率大于1.86 W时,激光运转进入不稳定的调Q状态;当吸收泵浦功率提高到5.7 W时,实现了稳定的被动调Q锁模运转;吸收泵浦功率达到6.99 W时,采用5%透过率的输出耦合镜,获得了最高输出功率为399 mW的锁模脉冲激光;此时调Q包络下重复频率为98.11 MHz,脉冲宽度为619.4 ps,对应的最大单脉冲能量为4.07 nJ,调Q包络中锁模脉冲调制深度接近100%。实验结果证明,同带泵浦技术可以用于激光器以产生调Q锁模脉冲,为超短脉冲激光的产生提供了一种新的泵浦方式。

LD端面泵浦Tm:SrF_(2)电光调Q激光器

高掺杂浓度的Tm^(3+)增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率,但同时也会增加能量上转换带来的损耗,从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF_(2)晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管(LD)端面泵浦下,实现最大功率2.99 W的自由运转输出,激光器的泵浦阈值为0.89 W,中心波长1851 nm,斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF_(2)激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下,获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量,泵浦阈值为2.01 W,最短脉冲宽度为45 ns,对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明,基于LD泵浦的Tm:SrF_(2)激光器具有非常高的效率,有望成为中红外光学参量振荡器(OPO)和光学参量放大器(OPA)的理想泵浦源。

端面泵浦Tm:YAP自调Q激光器输出特性研究

搭建Tm:YAP自调Q脉冲激光器,实验中选用掺杂浓度为5 %,尺寸是3 mm × 3 mm × 15 mm的Tm:YAP晶体作为增益介质,晶体沿c轴切割。在泵浦光斑半径为200 μm,腔长为20 mm情况下,选用的曲率半径为100 mm、300 mm和500 mm的输出镜进行实验。当泵浦功率为13.3 W,输出镜曲率半径为100 mm时,输出脉宽为0.49 μs,最大单脉冲能量为158 μJ,中心波长为2044 nm。

单LD双端同向π偏振泵浦Tm:YLF激光器

2μm激光作为高相干辐射光源,在激光医疗、激光雷达、光电对抗、材料加工等领域有非常重要的应用价值。通过建立考虑能量传递上转换效应的Tm:YLF激光器速率方程,从而分析了能量传递上转换(Energy Transfer Upconversion,ETU)效应对Tm:YLF激光器输出特性的影响;仿真分析双端偏振泵浦Tm:YLF晶体泵浦光分布情况。基于上述仿真分析结果,为获得更高的激光输出功率,采用单LD双端同向π偏振泵浦Tm:YLF激光器方法,提高增益介质的增益效果;当注入功率为47.43 W时,实现了稳定的最大激光输出功率为15.23 W,中心波长为1 907.46 nm,输出线宽为1.62 nm,对应光-光转换效率为32.11%,斜率效率为37.24%。

Tm:YAG激光器晶体热效应数值模拟

对采用晶体棒端部辅热方法实现低温工作的Tm:YAG激光器,建立了晶体棒热效应理论模型,采用有限差分法对晶体棒温度场、应力场及光学畸变进行模拟计算.模拟结果表明:辅热设计可显著减小晶体最大应力,减小应力损坏;端部辅热使得温度和应力分布复杂,引起折射率分布多变,但变化值小,说明端部辅热对光线在晶体内的传播影响微小;辅热区域结构紧凑,且对激光器封装产生的影响较小.

室温6.11mJ脉冲LD单端抽运Tm:YAG调Q激光器

由于2μm波段激光处于大气的窗口上,并且对人眼安全,因而在测风领域具有潜在的应用价值。该波段的激光器可以作为相干多普勒测风雷达和差分吸收雷达的光源。为了进行相干多普勒测风雷达光源的研究,报道了一种脉冲激光二级管(LD)单端抽运Tm:YAG调Q激光器。在实验中,采用L型平凹腔结构,利用声光Q开关实现大能量的激光输出。该激光器输出的激光中心波长为2 014.9 nm,在重复频率为100Hz情况下,调Q后获得最大单脉冲能量为6.11mJ,激光脉冲宽度为324.7ns,斜率效率为13.56%的激光输出。输出的脉冲激光的光束质量M2在x方向上为1.31,y方向上为1.35。

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。

2μm波段Tm:YAP晶体半导体可饱和吸收镜连续波锁模激光器

使用半导体可饱和吸收镜,实现了光纤耦合半导体激光抽运Tm:YAP晶体的全固态连续波锁模激光运转。根据ABCD矩阵理论设计激光器参数,通过控制谐振腔的像散和模式分布,获得了稳定的皮秒锁模激光输出。当最大抽运功率为7.96 W时,获得锁模激光的最大平均输出功率为0.73 W,相应的斜效率为15.6%。此时锁模脉冲宽度约为1.7 ps,对应的重复频率为88.7 MHz,中心谱线为1 982.4 nm。结果表明:Tm:YAP晶体是一种具有较好的热学、机械性能的2μm波段超快激光晶体。

室温下光纤耦合二极管泵浦Tm:YAP激光器

为实现室温下小型化、高效率的1.9μm激光输出,采用793.5 nm激光二极管泵浦Tm:YAP晶体,晶体采用热电制冷及风冷的方式控制在18℃,采用1∶1的聚焦耦系统,获得功率为2.2 W、中心波长为1928 nm的激光输出,光光转换效率为31%,斜率效率达41%。对影响激光输出的耦合输出率、腔型、腔长、晶体工作温度等因素进行了实验分析,实验结果表明:输出功率的变化与温度基本成线性关系,当增加激光谐振腔长时,由于高阶模式损耗加大以及晶体热透镜效应的加重导致腔内损耗加大,输出功率和斜率效率都有所下降。

应用2μm铥(Tm)激光器行前列腺手术的护理

[目的]探讨应用2μm铥(Tm)激光器行前列腺切除手术的护理配合方法。[方法]对32例前列腺增生病人,行经尿道2μm铥(Tm)激光前列腺切除术治疗,并进行精心护理。[结果]所有病人均顺利完成手术,手术平均时间为45min～120min,术后5d～7d拔除尿管,未发现严重并发症出现,住院7d～14d。[结论]加强术前、术中及术后护理配合,可明显减少并发症的发生,提高高龄病人耐受手术程度。

Tm脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器

介绍了Tm：YAP脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器。首先介绍了Tm脉冲激光器,由实验分析,对YAP固体激光器腔型结构进行优化,确定了适合泵浦ZGP OPO的YAP激光器腔型,得到较理想的2μm脉冲激光输出。中红外固体激光器由优化后的Tm：YAP激光器泵浦ZGP光学参量振荡器（OPO）组成,最终得到输出功率达瓦级以上的3~5μm激光。

基于分布泵浦结构的高功率掺Tm光纤激光器(英文)

为了实现掺Tm光纤激光器的高功率连续运转,需要解决半导体激光器输出的低光束质量泵浦光到增益光纤包层的高效耦合问题,以及增益光纤的热管理问题.利用柱面透镜组成的望远镜光学系统对半导体激光器输出泵浦光束进行扩束,使其水平方向的光束发散角获得降低,利用45°反射切割镜对扩束后的光束进行切割,经整形处理后水平方向的光束参量积为84mm·mrad,实现了约70%的光纤端面耦合传输效率.设计了两段增益光纤串联的结构,增加了泵浦光接收端面数,获得了528W的可用泵浦功率.光纤的热管理方面,在泵浦光的输入端部(约250mm),采用了水冷金属热沉散热.基于该实验装置,利用总长度6.4m的掺Tm增益光纤,获得了最高280W的连续输出功率,激光中心波长2 015nm,对应于耦合泵浦功率的斜率效率达55.6%.实验结果表明:通过对半导体泵浦光束的整形处理,可以提高光束对增益光纤的耦合传输效率;双光纤串联的结构在增加可用泵浦功率的同时,降低了光纤端部的热负载,并使整个光纤长度上的热分布更加均匀.

用于单频Tm∶YAG激光器稳频的精密温控系统

为满足2μm注入锁频激光器对单频种子光激光器中心频率稳定性要求,设计了基于数字PID自适应算法的精密温度控制系统。针对激光器温度变化不确定性的特点,系统采用非线性补偿、数字滤波、硬件隔离和器件选取等方法来提高温控精度。分析讨论了Γ、Kp、Ki、Kd等参数对系统敛散性的影响和调试方法,给出了温度变化时系统控制电压振荡收敛波形。将该系统应用于单频Tm∶YAG激光器中,6 min观察时间内激光器中心频率漂移约为19.776 MHz,频率稳定度约为1.31×10-7,满足2μm注入锁频激光器要求。实验结果证明,该系统工作稳定,抗干扰能力强,在10~35℃范围内温控精度约为±0.01℃。

增益开关掺Tm^(3+)光纤激光器的理论与实验研究

与固体激光器不同,光纤激光器中增益光纤长度可近似认为整个谐振腔的长度,传统的速率方程模型只考虑激光器参数随时间变化,而不考虑这些参数沿轴向变化情况,会在理论上对激光器输出特性的分析带来误差。本文建立带内泵浦的增益开关掺Tm^(3+)光纤激光器的行波方程模型,研究了腔内光子数、上能级粒子数和泵浦脉冲沿光纤轴向分布情况,以及不同重频和纤芯的增益光纤可提取能量的变化。在100 ns脉宽和15μJ脉冲能量的泵浦脉冲作用下,当重频增加至5 MHz时,激光输出脉冲会出现多脉冲振荡现象。实验上实现了全光纤化的增益开关掺Tm^(3+)光纤激光器,将实验结果与理论分析进行比较,两者之间较好相符。

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。

被动调Q锁模运转Tm∶LuScO_(3)陶瓷激光器特性

利用固态反应烧结方法制做的混合三氧化物陶瓷Tm∶LuScO_(3)作为激光增益介质,在全固态激光器中实现了稳定的调Q锁模运转。利用透过率为3%的输出镜获得最高连续光输出功率为257 mW,中心波长为1993 nm,对应斜效率14.06%。以三种半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模启动元件,系统分析了Tm∶LuScO_(3)陶瓷激光器的调Q锁模运转特性,获得最窄锁模脉冲宽度在749~891 ps之间,重复频率121.9 MHz,对应的调Q包络脉冲宽度为50μs,重复频率45.45 kHz,最高输出功率167 mW,中心波长为1987 nm,对应最大单脉冲能量为1.37 nJ。

Tm：YLF激光器弛豫振荡问题的理论研究

鉴于Tm：YLF激光器的弛豫振荡容易引起激光器输出功率不稳定及光学元件的膜层损伤等问题，并且影响它在高重频几十kttz Ho：YAG激光器中的应用，本文从理论上分析了Tm：YLF激光器的弛豫振荡频率和弛豫振荡幅度，分析表明：Tm：YLF激光器的弛豫振荡频率随泵浦功率、谐振腔长度、输出镜反射率和激光上能级寿命的增加而增加；可以通过增加激光谐振腔Q值的办法来抑制弛豫振荡中的尖峰幅度。弛豫振荡是固体激光器研究中经常遇到的问题，是引起固体激光器输出波动的最重要机理，通过对Tm：YLF激光器弛豫振荡问题的理论研究，试图发现抑制Tm：YLF激光器连续工作时的尖峰脉冲现象的方法，从而实现激光功率信号的平滑无尖峰输出。

1．9μmTm：YLF激光器转换效率理论计算与分析

Tm：YLF晶体因其优良的机械性能及光谱特性，成为1．9μm激光器的首选晶体。为获得高效率、高功率的1．9μmTm：YLF激光，分析了Tm：YLF晶体的物化参数、光谱特性以及单掺Tm^3＋激光器的发光机理，从速率方程出发建立了Tm：YLF激光器转换效率的计算模型，利用该模型分析了输出镜透过率、泵浦一激光模式比等参数对Tm：YLF激光器转换效率的影响，并提出了参数设计范围。

Tm:YLF激光器温度场分布计算与实验

设计并研究了双晶四端泵浦的Tm:YLF激光器。利用Ansys软件中的稳态热分析模块计算了散热底板水通道在热交换系数分别为1000W/(m^2·℃)、4000W/(m^2·℃)、8000W/(m^2·℃)和15000W/(m^2·℃)以及采用TEC制冷时对应的晶体夹具及散热底板的温度分布。根据计算结果,在采用水温16℃中等强制对流及以上时与TEC制冷控温18~20℃时对Tm:YLF晶体冷却效果近似,可近似等效于TEC制冷。根据模拟计算的结果,设计了可用光纤耦合半导体激光器泵浦的U型腔结构Tm:YLF激光器。在采用16℃冷却水直接冷却晶体夹具时,单晶双端泵浦和双晶四端泵浦的Tm:YLF输出功率分别达到了25.9W和46W的激光输出,对应的斜效率分别为40.7%和37.1%。在实验过程中,晶体夹具未出现温度过高。实验结果说明设计的直接传导冷却系统可有效地冷却泵浦功率在140W时的双晶四端泵浦结构Tm:YLF晶体。