880nm LD端面泵浦Nd:YVO_4板条激光实验研究

正将上能级直接泵浦与部分端面泵浦混合腔板条结构结合,可以有效降低激光增益介质的热载和热效应,实现更高功率的高光束质量激光输出、报道了采用两个4-bar 880 nm激光二极管列阵作为泵浦源,两端面泵浦板条Nd:YVO_4晶体的1064 nm实验研究结果、采用了正支离轴非稳-稳定混合腔,在泵浦功率为540 W时,获得了218 W激光输出,光-光转换效率42.6%。M~2因子水平方向大约是1.5,竖直方向是2.0、采用了负支离轴非稳-稳定混合腔,在泵浦功率为540 W时,获得了230 W激光输出,光-光转换效率44%。光束质量与正支时相当。     

LD侧面泵浦结构对增益分布特性的影响分析

通过光线追迹软件模拟及Matlab数据处理,从激光工作物质截面内吸收能量与所需面积关系方面对比分析了半环形结构激光二极管泵浦与类梯形结构激光二极管泵浦方式下增益分布特性的差异.通过理论计算及实际测量得出类梯形结构二极管泵浦情况下激光晶体内的增益分布更为均匀.     

二极管阵列侧面泵浦固体激光介质的光场分布

研究LD阵列侧面泵浦Nd：YAG激光器泵浦光场的分布特点。首先,在已建立的二极管单bar单侧面泵浦YAG晶体泵浦光场分布数值模型的基础上,进一步建立了适用于激光二极管阵列多侧面泵浦YAG晶体的泵浦光场分布数值模型。然后,根据所建模型,采用光线追迹的方法,借助Matlab编程模拟了单侧面、二侧面、三侧面、五侧面泵浦方式的泵浦光分布特点．分析了系统参数：介质半径、介质吸收系数、光束光腰半径、泵浦距离、二极管bar间距、介质表面粗糙程度对泵浦光分布特性的影响,总结出了一般规律。可为二极管泵浦固体激光器的结构设计和实验研究提供理论参考。在理论分析的基础上,进行了单侧面、二侧面泵浦方式的二极管阵列直接侧面泵浦固体激光器的实验研究。实验结果与理论分析结果基本相符,验证了所建数值模型的正确性。该数值模型的特点是：采用光线追迹方法;适用于漫反射表面工作物质：适用于多种侧面直接泵浦方式,具有可扩充性。     

半导体侧面泵浦固体激光器均匀性的计算和分析

建立了半导体侧面泵浦固体激光介质内泵浦光能吸收分布情况的数值模型。模拟计算了不同泵浦参数下棒状介质和板条介质内泵浦光能的吸收分布,计算结果和有关实验结果符合得很好。得出了半导体侧面泵浦机构中介质尺寸、介质吸收系数和半导体激光器发光面到介质泵浦面距离这三个参数对泵浦均匀性的影响,比较了棒状介质和板条介质在半导体侧面泵浦应用中的优劣。     

二极管侧面泵浦圆片激光器增益介质内泵浦光分布

设计了二极管侧面对称泵浦Nd:YAG圆片激光器实验装置，耦合系统采用简单且有效的柱透镜组，分别对二极管快轴和慢轴方向的泵浦光进行压缩准直。模拟得到并分析了二极管的发散特性对增益介质内泵浦光分布的影响，模拟采用光线追迹法，且同时考虑了二极管在快轴和慢轴方向的发散特性。实验得到增益介质内的荧光分布与模拟得到的泵浦光分布相吻合。     

利用非均匀泵浦提高二极管泵浦激光放大器储能均匀性

对于高增益二极管泵浦激光放大器,均匀泵浦时会产生储能分布的不均匀。模拟分析了非均匀分布泵浦光对储能分布的影响,计算结果表明:使用一定的非均匀分布泵浦能够获得均匀的储能分布,使用一定范围的非均匀分布泵浦对储能均匀性起到改善作用。模拟分析了重复频率工作条件下使用非均匀分布泵浦对温度分布的影响情况,计算结果表明介质中心处温度有所下降,介质边缘处温度没有变化。因此,减小了介质整体温度和温度梯度,有利于热管理。     

半导体激光泵浦各向异性介质的热效应

在前人的端面泵浦固体激光材料的热效应研究基础上，提出了高斯光束端面泵浦各向异性介质的热效应。研究了各向异性的热效应对激光特性的影响。     

LD直接侧面泵浦棒状介质的光场研究

采用光线追迹的方法,建立了一套二极管直接侧面泵浦固体激光器的泵浦光场分布的数值模型,运用计算机进行模拟计算,分析系统结构参数对泵浦均匀性的影响,可为二极管泵浦固体激光器结构设计提供理论指导。实验测试了3种不同的侧面泵浦方式下激光介质的荧光分布图,所得结果与模拟计算结果基本相符,证实该数值模型得到的理论分析对二极管直接侧面泵浦固体激光器的结构设计和实验研究具有一定的指导意义。     

激光晶体热效应的阶梯泵浦技术

针对大功率固体激光器热效应纵向分布不均匀,提出分散热效应思路。根据激光晶体的吸收系数和掺杂浓度的关系设计了阶梯泵浦技术。以LD端面泵浦Nd：YAG固体激光器为例,讨论了激光晶体的最佳分段数、每段晶体的最佳掺杂浓度和最佳长度,仿真分析了热效应的改善情况。结果表明,阶梯泵浦技术能有效降低激光晶体的温度,使泵浦光的吸收功率密度分布、热效应沿轴向分布更均匀。     

双包层掺杂光纤端面泵浦技术的研究

设计了一种基于准直聚焦透镜组的双包层掺杂光纤端面泵浦耦合系统,通过分析多模光纤耦合输出的泵浦光束参量经准直聚焦透镜光学系统后的变换特性,给出了能够满足泵浦光束与双包层掺杂光纤内包层模场分布匹配条件的透镜组参数及其位置参数设计要求,并利用结构参数与双包层掺杂光纤完全相同的未掺杂双包层光纤进行了耦合功率的实验测试,当泵浦源输出功率为50 W时,获得了34.1 W的入纤泵浦功率,泵浦耦合效率达到近70%,为搭建双包层光纤激光器奠定了基础.     

LD多向抽运固体激光器的实验研究

分析了激光晶体中三向侧面抽运光的强度分布；在三向侧面抽运结构下，增加了光纤束耦合LD端面抽运，尝试用侧面抽运提高激光输出的功率，用端面抽运来改善输出激光的光束质量，并对此进行了实验研究。结果表明，加上端面抽运后，对侧面抽运下激光输出的光束质量有明显的改善作用，并存在一个最佳匹配抽运功率。     

抽运光分布对圆截面激光晶体热变形的影响

为了简化激光晶体中热变形量的求解过程,分析抽运光分布对激光晶体热变形的影响,采用圆截面激光晶体热变形量的简便计算方法,并取抽运光束为超高斯光束,通过理论推导和数值计算,研究了抽运光强度分布对圆截面激光晶体热变形的影响。结果表明,晶体端面热变形量与半径为3次多项式关系,当抽运光阶次大于2时,随着阶次的增大,晶体端面的热变形量逐步减小。这一结果对全固态激光器的设计有一定帮助。     

LDA侧面泵浦固体激光器介质瞬态温升过程分析

根据二极管泵浦光强分布特性,考虑固体激光材料物性参数的温度相关性,建立了二极管侧面泵浦固体激光介质内热源分布的数值模型,从热传导方程入手,针对三角均布侧泵结构,采用有限元方法计算分析了激光棒内瞬态温升过程以及稳态温度分布情况.讨论了泵浦及冷却参数对瞬态温升过程及激光棒内温度梯度的影响.分析结果可为二极管泵浦固体激光器的优化设计提供参考.     

水柱导引抽运光纤激光器端面热效应分析

为了解决大功率光纤激光器严重的端面热效应问题,采用水柱导引抽运光的抽运新方法。在该抽运形式中,抽运光被耦合进由喷嘴喷出的高速水柱中,水柱以波导形式导引抽运光进入光纤。对普通端面抽运和水柱导引抽运两种抽运形式的双包层光纤激光器的抽运端的热效应进行了理论计算和分析比较,抽运功率为800W时,光纤端面温度从普通端面抽运时的250℃下降到30℃,基本接近环境温度,光纤侧面的温度也大大地降低。结果表明,水柱导引抽运冷却效果显著,特别是光纤的抽运端得到了很好的冷却,可有效地解决大功率光纤激光器的端面热损伤问题。     

LD端面抽运激光介质热效应的有限元分析

针对激光介质的通光面为方形、抽运光为高斯光束的情况,以Nd:YAG激光介质为例,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,精确地给出了激光介质中各点的温度和温度分布。分别对提高介质侧面对流换热系数、降低冷却液温度、抽运端面水冷这3种情况下的温度场进行了模拟。结果表明,通过提高晶体侧面的热对流换热系数和降低冷却液温度,几乎不能降低激光介质的热效应,而通过抽运端面水冷,可有效地降低激光介质的热效应。     

脉冲激光二极管端面抽运全固态激光器热效应瞬态过程

从圆柱状晶体热传导方程出发,采用有限元方法,对脉冲激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG激光器中激光晶体的瞬态温度场分布进行了计算.对单脉冲过程中,晶体升温和降温时端面温度的分布情况进行了计算;分析了束腰位置和束腰半径对单脉冲过程的影响,以及晶体热弛豫时间的影响因素;根据光线追迹理论,分析了激光晶体内温度分布达到动态平衡后,由温度梯度引起的中心与边缘相对光程差时变特性.结果表明,当束腰位于晶体抽运端面时,增大束腰半径晶体端面温度降低;当不改变束腰半径并且后移束腰位置时,晶体端面温度降低;增大冷却液对流换热系数或者空气流速、降低空气温度以及减小晶体半径都可不同程度地缩短热弛豫时间;当晶体温度分布达到动态平衡后,晶体内各点温度呈周期性变化;由晶体径向温度梯度引起的相对光程差(OPD)也随时间作周期性变化.     

Analysis of Thermal Effects in Laser Rod Pumped by Repetitively Pulsed Laser Diode Array

Based on some assumptions, the numerical model of thermal distribution in solid state laser crystal pumped by pulsed laser diode is set up due to the pumped intensity distribution. Taking into account the property of YAG materials that varies with temperature, the transient temperature distribution of the laser crystal is calculated using finite element method on condition that K is a constant and a function of temperature. Then, the influence of the pumping parameters on the thermal effect in laser crystal is also discussed. This study is helpful to optimize the design of the diode side pumped solid state lasers.     

808nm与888nm抽运Nd:YVO4热效应分析

根据Nd:YVO4晶体对808 nm和888 nm波长抽运光吸收特性的差异,模拟了两种波长抽运下晶体的温度分布、应力分布以及当抽运光在a轴和c轴上的偏振分量变化时,晶体在两种波长抽运下温度分布以及热焦距的变化.模拟结果表明,888 nm抽运下,Nd:YVO4晶体在径向温度梯度大幅度减小,晶体温度应力值远小于808 nm...     

双侧对称抽运横流液体激光器的光束质量分析

为了提高横流液体激光器的光束质量,采用ANAYS软件分析了双侧抽运液体激光器的液体介质的温度分布,对不同流速条件下的非稳腔光场分布和光束质量M~2因子进行了数值计算。结果表明,存在一个使光束质量M~2因子较优的液体流速,并针对该类激光系统中增益和折射率梯度分布都关于抽运方向对称分布的特点,采用柱透镜补偿波前畸变效应,将光束质量因子由24降低到12.5,说明柱透镜补偿位相畸变能有效地提高液体输出光束质量。     

Cooling schemes for longitudinally diode laser-pumped Nd:YAG rods

Longitudinal diode laser pumping causes pronounced inhomogeneous heating of the laser material. The effect of the thermal load on the mechanical and optical properties is significantly influenced by the method used for cooling the pumped surface. Four methods for longitudinally pumped Nd:YAG rods were compared experimentally and with finite-element (FE) analysis. The pumped surface exposed to air or to flowing water, a sapphire plate pressed onto the pumped surface and composite rods, having an undoped pumped end, were investigated. The comparison includes temperature and stress distributions with the emphasis on thermal lensing. Careful validation of the FE code with experiments allowed to numerically comparing the cooling methods under identical conditions