侧面泵浦激光器热透镜效应的有限元分析

针对侧面泵浦的固体激光器工作介质产生的热透镜效应进行了分析,建立热传导方程。采用有限元分析的方法对不同泵浦条件下激光棒内的温度场和应力变化进行分析。提出补偿热透镜效应的有效措施。并通过实验对上述不同补偿条件下的热焦距进行测量比较。     

LD侧边抽运板条激光器的热效应

对LD侧边抽运的板条激光介质热效应进行理论分析与数值模拟,根据2.5 mm×14 mm×40 mm Nd∶YAG板条实物建立了相应的三维(3D)热模型,采用有限元方法分析并模拟了板条激光介质内部温度场和热应力的分布,给出在120 W抽运功率下板条激光介质的热畸变特性,估算了在不同抽运功率下热焦距的大小.在此基础上设计并封装了LD侧边抽运的板条激光模块,对该模块的热焦距进行实验研究,得到热焦距随抽运功率变化的测量曲线,实验结果与理论分析一致.     

单光束叠加脉冲Nd:YAG激光器的研究

在使用叠加脉冲方式进行激光打孔时,为了在一台激光器上实现大能量的长脉冲与高峰值的短脉冲激光叠加输出,采用同一工作物质不同增益区域来分别获得两种特性的脉冲激光同轴叠加输出的方法、在单台激光器上获得了两种脉冲激光的叠加输出。结果表明,在双氙灯脉冲抽运Nd:YAG激光器中,腔长840mm、使用双平-平腔结构、工作物质长度150mm的情况下,采用高电阻率的磷酸钛氧钾电光Q开关对中心光束进行调Q,得到了脉宽10ms的长脉冲与63ns窄脉宽脉冲序列的稳定叠加脉冲输出,在抽运频率9Hz的情况下,最高得到了93.4W的平均功率,叠加脉冲包络能量10.4J,峰值功率46.7kW。此结果说明输出的叠加脉冲激光可以很好地满足激光打孔的需求。     

瓷绝缘子表面激光损伤的数值模拟和实验研究

为了防止输电线路激光除冰过程中激光损伤绝缘子等电力设备,采用有限元分析软件ANSYS对激光与普通瓷、氧化铝瓷、氧化锆瓷、堇青石瓷作用后的温度场和应力场进行了数值模拟,得到氧化铝瓷具有较好的抗热应力破坏性能,并进行了Nd∶ YAG激光照射绝缘子表面实验,得到绝缘子表面温度与照射时间和损伤类型的关系.结果表明,激光功率密度...     

高功率光纤激光器的残留包层光滤除研究

为了提高大功率双包层光纤激光器的光束质量、光谱特性以及光纤系统的稳定性,设计了一种用于滤除光纤内包层残留光的新型高功率包层光滤除器。采用蒙特卡洛算法以及光线轨迹追踪法对包层光滤除器进行了数值计算,评估包层光滤除器的滤除能力,并借助计算流体力学软件ANSYS,分析包层光滤除器的温度场分布。结果表明,优化级联结构后的包层光滤除器的滤除效果达到16.7dB,降低了包层光滤除器的热点温度,在600W的输入功率下,热点温度降低了20.8℃,实现了包层光功率的均匀滤除;在滤除功率达到千瓦量级时,该包层光滤除器仍能够稳定工作在70℃以内,满足大功率光纤激光器系统稳定运行的要求。     

基于空间载频干涉的薄片激光晶体热畸变测量

采用空间载频干涉方法在精确测量薄片激光晶体热畸变的基础上,深入研究了射流冲击冷却系统对薄片激光晶体热畸变的影响。实验结果表明,射流冲击冷却系统引起薄片激光晶体的畸变主要是球面形变。随着抽运功率的增加,薄片激光晶体的热畸变越发严重,在抽运区中心部分,以球面形变为主,其光焦度随抽运功率的增加呈线性下降。而在抽运区的边缘,以非球面形变为主,抽运功率越高,非球面畸变就越严重。给出了493 W抽运条件下热畸变的波前畸变曲线,其均方根的重复测量精度为1.153 nm。实验结果与理论分析结果相符,该研究为薄片固体激光器谐振腔的设计和热畸变的补偿提供了重要依据。     

离轴棱镜对的光线传输特性

采用几何光学的方法分析了离轴棱镜对在不同离轴偏移量的情况下光线的传输特性.通过光线追踪技术建立了离轴棱镜对内光线传输的数值模型,得到离轴偏移量d与棱镜斜边L的数值关系.讨论了3种情况下棱镜对问光线传输次数、传输方向和分布特性.结果表明,当d=L/2n(n=1,2,3…)时,光线在棱镜对内等间距的传输便于增益的均匀提取,更有利于光线在板条状增益介质中的多程传输与放大.     

多棒固体激光器棒间匹配耦合的研究

采用光学传输矩阵的方法对内含多元件热透镜介质的激光腔进行了分析,给出了棒间匹配耦合的调整方法。理论分析与实验相符,并在三棒串接的CWNd3+:YAG激光器中获得(0～1)kW的稳定功率输出。     

激光棒热透镜效应的有限元分析

以热传导方程为基础,对热透镜效应补偿前后激光棒内部温度场与应力场的变化进行 分析。通过有限元软件进行模拟仿真和实验验证,实验结果与理论分析相符。     

复合激光打孔最佳匹配参量的研究

为了有效提高激光打孔的速率和激光能量的利用率，采用长脉冲激光和短脉冲激光空间叠加打孔的方法，对复合激光打孔的最佳匹配参量进行了理论和实验研究。建立复合激光打孔最佳匹配模型，以熔融物的产生和去除达到平衡为准则，理论计算得出长脉冲激光和短脉冲激光的最佳匹配参量和最佳匹配情况下的复合激光打孔速率。同时进行了毫秒脉冲和纳秒脉冲的Nd:YAG激光器复合作用于5mm的不锈钢板的打孔实验。结果表明，在实验中得到的最佳匹配参量下，复合激光打孔速率相比于毫秒脉冲激光单独打孔最大提高了3.3倍。实验和理论模型均证明了复合激光打孔在最佳匹配状态下，打孔速率达到最大，激光能量得到充分利用。