光束控制系统中热效应的数值模拟

编制了四维仿真程序,用以研究光束控制系统中的热效应对强激光传输的影响.作为数值模拟例,用Strehl比、可聚焦能力(即86.5%环围功率半径)、像散参数和光束重心偏移表征远场光束质量,研究了初始场分布为高斯和平顶分布的光束通过光束控制系统传输时热效应对远场光束质量的影响.结果表明,远场光束质量与初始场的空间分布有关,且随发射功率增大而变差.     

内光路热效应和像差对远场光束质量的影响

选取桶中功率PIB,Strehl比,β和像散参数wx/wy作为远场光束质量的评价标准,用自编的四维仿真程序就内光路热效应和像差对光束质量的影响作了详细的数值计算和分析。研究表明,离焦、像散和热效应都将导致远场光强分布出现畸变,可聚焦能力降低,光束质量变差。     

KTP晶体热效应与光束质量改善研究

讨论了腔内倍频KIP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。     

内光路中大气吸收对远场光束质量的影响

采用桶中功率、β参数、像散参数、Strehl比和光束重心位置等参数描述远场光束质量,研究了在内光路中进行气体吸收对远场激光光束质量的影响,并与内光路中有横向吹风存在情况作了比较.用自编四维仿真程序进行了数值计算和物理分析.研究表明,随着吸收系数的减小或风速的增大,远场光束的峰值光强明显增强,可聚焦能力大大提高.但横向吹风会引起像散.     

LD端面泵浦Nd∶YVO_4/KTP连续绿光激光器热效应研究

针对Nd∶YVO4晶体热传导各向异性的特点,在泵浦光为高斯光束、泵浦尺寸小于通光面的情况下,求解晶体热传导方程,得到晶体中各点的精确温度,从而分析LD端面泵浦固体激光器的热效应。在理论分析的基础上,优化腔形,设计了V形折叠腔Nd∶YVO4/KTP腔内倍频连续绿光激光器,在泵浦功率为15W时,1064nm和532nm激光输出功率分别为7.42W和4W,光-光转换效率为49.5%,26.7%。     

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。     

高功率半导体侧向泵浦固体激光器热效应对光束质量的影响

高功率半导体侧向泵浦固体激光器中的动态热效应严重影响激光的光束质量。本文从研究激光热稳定腔的输出特性出发,测量了激光输出功率、光束质量M2因子随激光腔型和泵浦电流变化的关系,分析了热效应引起光束质量变化的机理,实验结果得到了很好解释。     

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。     

掺镱硅酸钇晶体的激光热效应研究

基于LD端面泵浦掺镱硅酸钇（Yb3+:Y2SiO5)晶体的激光特性,考虑晶体侧面的热对流,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,计算了在不同泵浦功率下的热焦距。同时比较了考虑晶体侧面热对流系数前后的热焦距,并进行了实验测量,结果表明热焦距随泵浦功率的变化趋势同理论结果相符。     

旋转光束气体热效应的仿真分析

激光非均匀加热效应严重影响着激光能量的远距离传输。对于矩形平顶光束,在有轴向流存在的情况下,采用光束旋转的方式,借助商用的计算流体力学(CFD)软件Fluent,对激光在内通道中传输的气体热效应问题进行了仿真分析。仿真结果表明,激光束在横截面内的旋转,并不改变光场与气体耦合热效应到达稳态的时间。但是光束旋转效应使得光强非均匀分布带来的二阶像散项基本消失,光程差中只包含沿光轴方向对称的离焦项和球差项。而离焦项是便于校正的,因此光束旋转能够改善激光在内通道中的传输特性。     

激光切割中入射角对切割质量的影响

研究了激光入射角对薄板切割质量的影响 ,结果表明 ,在一定条件下 ,激光束不垂直工件表面时 ,仍可以获得切缝细、挂渣少的切割效果。同时切割头的运动方向在激光束不垂直于被加工表面时 ,对切割质量也有显著影响。给出了在三维激光切割时 ,由于干涉等原因无法保证激光束垂直入射时 ,为得到好的切割质量应采取的措施     

基于数值模拟的激光热负荷光强分布设计

激光活塞热负荷模拟实验需将高斯光束调制成按特定光强分布的多个同心光环,为此提出了基于有限元(FE)分析的激光热负荷光强分布反求设计思想。应用最初设计的整形器对有限元模型进行校核,在合理的范围内调整边界条件参数和活塞材料热物性参数,使模拟结果与实验结果吻合;对于校核后的有限元模型,通过调整光强分布和加载条件以接近目标温度场,从而获得整形器优化设计方案。基于上述方法可实现由目标温度场反求设计出光场分布。研究表明,采用数值模拟方法进行研究,可大幅度缩短整形器设计周期、降低设计费用,并起到虚拟实验的作用,从而提高了热负荷实验的可控性和可预见性。     

半导体激光器阵列的“Smile”效应对光束质量的影响

建立"Smile"效应条件下半导体激光阵列近、远场模型,将光纤近场扫描法与高斯光束传输理论相结合,从理论和实验上证明了"Smile"效应值的大小与分布形态共同决定半导体激光器阵列快轴方向实际输出光束质量,获得了不同"Smile"效应条件下半导体激光阵列快轴方向光束参数积Kf值。     

环型激光束空间传输的数值模拟

基于Maxwell方程组的经舆理论,对于腔的菲涅耳数不满足远远大于1的条件时的光束传播问题,利用衍射积分方程理论进行求解．根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方程建立数值模型,采用matlab数值模拟的方法,对环型激光束传输方向的近场及远场强度的空间分布进行了分析．     

激光束姿态对三维激光切割质量的影响

研究了在三维激光切割过程中,激光束姿态(“切割倾角”和“切割方向”)对切割质量的影响。结果表明,当激光束偏离重力方向达45°时,保证切割质量合格的工艺参量范围将发生变化:三维上坡切割的范围略大于二维切割,而三维下坡切割的范围则明显小于二维切割。指出了在三维切割中,应尽量采用上坡切割方式,在必须采用下坡切割方式的时候应控制其最高切割速度小于二维切割的速度。     

高反膜片的热效应及其数值模拟

高反膜片的相位反射和振幅反射随温度的变化而变化,从这种实现现象入手,分析了膜层材料参数的变化对高反膜片热效应的影响,从而得出折射率的变化是导致高反膜片热效应的主要原因。     

激光束质量实时测量技术

提出一种新型光束质量实时测量技术,该技术主要基于由平板反射镜组成的多平面成像系统,一次性将激光束腰附近2倍瑞利距离内的多个光斑成像在同一个平面上,用CCD相机获取这些光斑的光强分布图样。通过图像处理获知接收到的光斑的光强分布。采用远场发散角、焦点尺寸、桶中功率比和M2因子四种光束质量评价标准对激光光束质量进行评价。利用该方法实时测量了高能钕玻璃双板条激光器的输出光束。     

激光二极管阵列侧面抽运棒状激光器轴向热效应分析

对激光二极管阵列侧面抽运棒状激光晶体热效应进行了理论分析和数值模拟.采用有限元方法模拟了棒状激光晶体内部三维温度场分布和热应力分布,得出激光晶体内抽运光强和温度随抽运距离的变化规律,并得出了激光晶体轴向温度分布是不均匀的,而是与激光二极管阵列的占空比有关.为减小激光系统的热效应提供了理论依据.