LD侧面泵浦全固态激光器光场均匀性研究

研究了LD阵列侧面泵浦全固态激光器泵浦光场的分布特点.将激光二极管面阵发出的光作高斯光束处理,建立了适用于激光二极管阵列多侧面泵浦全固态激光器的泵浦光场分布高斯模型.根据所建模型.通过计算机编程模拟,分析了泵浦结构各参量:激光二极管排列方式、光束束腰半径、工作物质吸收系数对泵浦光场分布的影响,比较了激光二极管排列方式、光束束腰半径、工作物质吸收系数不同给泵浦光场均匀性带来的差异,为LD侧面泵浦全固态激光器的结构优化设计和实验研究提供了理论参考.     

二极管抽运固体激光器热效应的非对称性分析

通过分析光在晶体前后端面相位延迟的空间分布,研究了激光二极管侧面抽运固体激光器热效应的非轴对称性.提出一种评价热效应轴对称程度的参数——非圆度,并使用有限元方法分析了抽运功率、抽运源数量、抽运源之间的角度偏差和抽运距离偏差对非圆度的影响.得到的结论有:抽运功率越小,或者抽运源空间排布越对称,晶体中的热效应轴对称程度越高;装配中抽运光之间的角度偏差和抽运距离偏差使晶体热效应非轴对称性增加,装配时应尽量保证各抽运源角度和抽运距离一致.     

LD面阵侧面泵浦Nd:YAG光场均匀性研究

为了研究LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场的分布特点,在LD线阵侧面泵浦固体激光器晶体吸收光场数值计算模型的基础上,建立了LD面阵侧面泵浦Nd:YAG晶体吸收光场的数值计算模型。通过建立适用于不同泵浦结构的激光二极管多侧面泵浦全固态激光器的晶体吸收光场分布模型,使用Matlab编程模拟,分析了泵浦结构各参量:物质吸收系数、晶体半径、泵浦距离条件下,面阵泵浦和线阵泵浦晶体吸收光场均匀性及泵浦效率的差异,为LD侧面泵浦全固态激光器的设计和研究提供理论基础。     

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。     

光在大气和海水信道中传输的能量衰减计算

考虑自然光和海水浮游生物等产生的背景辐射以及云层、大气/海水界面和海水等介质的光辐射透过率,利用星载激光对潜通信能量方程估算了潜艇接收信号能量衰减大约可达-112~-140 dB.利用Monte Carlo方法计算星载激光对潜通信水下接收光斑分布状况,选择63%光斑半径作为接收平面半径,不考虑光在传输过程中介质的吸收效应,计算了不同卫星高度和发射角.近海岸海域水下200 m和深海海域水下300 m接收信号衰减,信号能量衰减可达84 dB.由于未考虑吸收效应和光斑大小选择的原因,仿真计算结果稍小于理论估算.     

OCT系统中皮肤组织对光的漫反射和光能量吸收研究

针对光在高散射介质中的传播特性,研究了皮肤组织中径向漫反射强度R(r)和纵向能量吸收强度A(z).利用Matlab对高散射随机皮肤组织中光子的随机运行进行蒙特卡罗模拟计算,依次改变肌肉层参数,得到三类典型参数在不同取值时的R(r)与A(z).模拟结果表明,在其余参数不变,当吸收系数μα越大时,肌肉层中的能量衰减梯度越大,能量吸收强度的初值也越大,同时漫反射强度越小;当散射系数μs越大时,能量吸收强度的初值越大,衰减梯度也越大,漫反射强度的衰减梯度几乎相同;当各项异性因子g越大时,能量吸收强度的初值越小,即发生吸收的概率就越少,同时漫反射强度也越小;三类光学参数对R(r)影响程度相近并且较小,在半径为0.05cm范围内,漫反射强度均呈现出相类似的大梯度衰减.     

四镜折叠腔激光器腔内倍频束腰研究

基于传输矩阵理论,针对半导体激光端面抽运的四镜折叠腔腔内倍频固体激光器,数值分析了谐振腔中倍频分臂的束腰尺寸和位置与腔参量的关系.分析表明,选择较小曲率半径的后端镜以及适当缩短谐振腔倍频分臂的长度,均可以减小倍频分臂中激光的束腰半径,同时也会使束腰位置更靠近后端镜;其他分臂的长度变化对束腰尺寸影响不大,但可改变束腰的位置.较小的束腰半径有利于获得较高的二次谐波转换效率,但若束腰距离后端镜过近,在高功率运转情况下,容易损伤后端镜表面薄膜.     

吸气式激光推进中空气对CO_2激光的吸收系数计算

比较分析了吸气式激光推进中空气对CO2激光的3种吸收机制,列出了相应的吸收系数计算公式。通过计算发现,自由-自由吸收对应的逆韧致吸收系数占总吸收系数的比例几乎达到80%,即在较强的激光辐照作用下,由于电子温度很高,高温空气主要通过逆韧致方式吸收入射激光能量。计算结果可以用于吸气式激光推进的能量沉积过程研究。     

光束腰半径对空间相干光通信外差效率的影响

外差效率是影响相干光通信的重要因素,研究中入射光为艾里斑分布,以高斯光为本振光为基础建立了外差效率模型,研究了高斯光束腰半径变化对外差效率的影响,并进行了仿真。结果表明,探测器半径和束腰半径的比值是1.53,且束腰半径和系数F的比值是0.8时,可以实现约为83.3%的最佳外差效率。光束腰半径的变化对外差效率的影响较大,随着本振高斯光束腰半径的继续增大,外差效率迅速降低,即系统性能严重下降。该研究对相干光通信技术中外差效率的研究具有重要的指导意义。     

LD端面抽运Tm:LuAG激光器的热透镜效应研究

为了研究LD端面抽运Tm:LuAG晶体产生的热透镜效应,通过建立LD连续抽运下Tm:LuAG晶体吸收光场分布模型,使用Comsol软件对晶体内部温度分布进行了有限元模拟。在考虑了晶体的键合方式以及LD的抽运方式的情况下,分析了晶体吸收系数以及不同抽运功率对该晶体热效应的影响。利用ABCD光学传输矩阵理论,模拟了单棒谐振腔的稳区范围,并提出了谐振腔内采用双块Tm:LuAG晶体串接热自补偿的方式,使得温度引起的双晶体热透镜焦距互补,构建稳定工作区,给出了谐振腔稳区的参数范围,为设计高输出功率和光束质量的双LD单端抽运双晶体Tm:LuAG激光器的实验研究以及谐振腔优化提供了理论基础。     

激光二极管端面抽运2μm Tm,Ho:YLF连续激光器的激光特性

根据能量在Tm3 离子和Ho3 离子之间的传递过程,给出了Tm,Ho:YLF激光器准三能级的速率方程,讨论了能量传递上转换及激光下能级粒子再吸收对Tm,Ho:YLF激光器运转的影响.报道了激光二极管抽运的Tm,Ho:YLF激光器的输出特性,室温下,在抽运功率为2.8 W时,获得了346 mW的TEM00模激光输出,阈值功率为138 mW,最大光-光效率为12.1%,并且将晶体保持在3个不同的温度下,给出了激光输出功率随抽运功率变化的实验结果.理论与实验结果吻合得比较好.     

气溶胶所致稳态热晕效应的数值计算

热晕效应是影响强激光大气传输的最严重的非线性问题之一,开展热晕效应研究,可有效地应用高能激光.依据激光在大气中传输时由气溶胶引起的衰减与能见度的经验模型,对气溶胶的等效吸收系数进行了计算,并就大气能见度对强激光水平传输稳态热晕效应的影响进行了数值计算.结果表明：能见度越小,吸收系数越大,热畸变效应越强.     

光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的设计与数值模拟

采用多周期应变补偿InGaAs/GaAsP双量子阱结构的半导体器件作为增益介质,设计了光抽运面发射半导体激光器件结构和实验光路.在谐振腔中引入分束棱镜保证了VECSEL表面的抽运光斑为圆形光斑.计算模拟了输出功率与抽运光斑和输出镜反射率间关系曲线,优化设计了抽运功率为2W时输出镜反射率并给出了相应的输出功率与抽运功率间关系模拟曲线.     

双端抽运矩形截面Nd:GdVO4晶体热效应研究

以解析分析为基础,研究矩形横截面Nd:GdVO4晶体受高斯分布激光双端面中心入射时温度场以及抽运面热形变分布情况.通过对半导体激光双端面泵浦Nd:GdVO4晶体工作特点分析,建立了符合激光晶体工作状态的热模型,并利用热传导方程新的求解方法,得出晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式,同时对影响激光晶体温度场分布各种因素进行了定量研究.研究结果表明:当使用输出功率为15 W半导体激光器双端面中心入射时,在抽运端面中心获得214.8℃最高温升和2.73μm最大热形变量.这种方法还可以应用到其他激光晶体热问题研究中,为解决激光系统热问题提供了理论依据.     

激光辐照薄板温度场的有限元计算

激光束加热各向同性的均匀物体,通过激光能量的吸收和热扩散,引起物体边界上和内部的热流运动,使得各处的温度不同程度的上升．受到激光辐照时,材料表面或一定深度内吸收光能而转化的热量以热传导形式向内部扩散,引起材料内部的非均匀温度场．利用Marc软件和接口子程序对激光辐照的金属板材进行一系列的计算,计算结果表明,激光辐照半径越大、功率密度越高、辐照时间越长、板材厚度越小温度就越高．同时也证明了用Marc软件计算温度分布是可行的,尤其是能把薄板厚度分层来计算,并配合编写相应的接口子程序,从而有利于进一步研究关于激光辐照下的热应力、热应变的有限元分析和计算问题．     

一种基于微型谐振腔的环形光探测器的设计

提出了一种基于微型谐振腔的新型环形光探测器,该探测器结构紧凑,较之RCE型光探测器具有高速、高量子效率、易于平面集成等优点．导出了该探测器的量子效率的表达式,分析了环形光探测器半径对光谱的半高全宽（FWHM）的影响;分析了吸收腔厚度、环形光探测器宽度及半径对响应带宽的影响．结果表明,谐振腔的半径越大,FWHM越小,量子效率的峰值间隔越小;吸收腔的半径和波导宽度越大,响应带宽越小．     

全固态拉曼激光器的研究

研制了主动调Q式Nd:YAG激光器倍频产生的532nm激光做为抽运源、Ba(NO3)2晶体作为拉曼晶体的外腔式拉曼激光器,获得了563.6nm、598.7nm、638.6nm的激光输出。实验对激光器参数进行测试和分析,得到一阶光的最大转换效率为30.3%,最大能量1.3mJ;二阶光的最大转换效率为14.6%,最大能量0.6mJ。     

Tl、Na替位掺杂CsI的第一性原理研究

采用广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算方法分别对CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2晶体的能带结构、态密度和光学性质进行了计算。计算得到:掺杂后CsI的晶体体积有所减小,且掺入Tl时减小更为明显;CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2晶体的带隙分别为3.664 e V、2.752 e V和2.735 e V,这是因为掺杂使原来的禁带中增加了一些激子带,表明掺杂后电子从价带跃迁到导带所需要的能量更小;从态密度的分布情况来看,掺杂后导带宽度都有所增加,靠近费米能级处的峰值宽度都增大,而且Tl掺杂会在靠近费米能级的价带中增加一个小峰,这些现象表明掺杂能使晶体能在受到同样的辐照时会产生更多的闪烁光子;CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2的光学吸收系数分别在光子能量小于3.7 e V、2.7 e V和2.5 e V的范围内为零,说明对处于该能量范围内的光子来说,晶体是透明的,不会发生吸收。虽然掺杂使CsI的吸收边发生了红移,但是整体对低能可见光子的吸收减少。因此,掺杂Tl,Na会使闪烁体的探测效率增加。本文的研究工作为CsI发光机理研究提供理论依据,也为CsI掺杂的理论研究提供参考。     

四能级原子系统对弱信号探测的吸收和增益特性

研究了四有级的原子系统无粒子反转受激光放大的问题，对于小信号探测利用计算机给出吸收，增益曲线，并计算出无粒子数反转光放大的阈值条件。     

磷酸盐钕玻璃非线性吸收的研究

利用声光主动锁模激光器产生的单个亚毫微秒激光脉冲,研究了磷酸盐钕玻璃的非线性吸收效应。通过严格的理论推导得出准确计算磷酸盐钕玻璃非线性吸收系数γ的准确计算公式,按照自己编制的计算机程序,首次求得磷酸盐钕玻璃的非线性吸收系数γ的值为1.22×10~(-12)cm/w,并根据实验和计算结果,第一次从理论上讨论了磷酸盐钕玻璃样品透过率随输入激光光强的变化规律、γ值对我国 LF12激光装置的增益和输出激光波形的影响,同时对硅酸盐钕玻璃作了相应的分析和研究。