端面泵浦热传导各向异性激光棒的温度场

为了解决LD端面泵浦热传导各向异性激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、侧面冷却的Nd:YVO_4晶体热模型.考虑到Nd:YVO_4为热传导各向异性材料,而光纤耦合LD输出光束有超高斯分布的特点,利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面泵浦热传导各向异性激光介质温度场的一般解析表达式,并定量分析了超高斯泵浦光阶次、泵浦功率以及光斑尺寸对Nd:YVO_4晶体温度场的影响.研究结果表明,若LD输出功率为50 W,光学聚焦耦合器的传输效率为82%,用四阶超高斯光束端面泵浦掺钕离子质量分数为0.5%的Nd:YVO_4晶体时,泵浦面可获得528.95 ℃的最大温升.所得结果可用于LD端面泵浦热传导各向异性激光介质全固态激光器热稳腔的设计,对于提高激光器性能具有理论指导作用.     

激光分布对抽运Nd:YVO4晶体热效应的影响

以解析各向异性分析理论为基础,研究矩形横截面Nd:YVO4激光晶体受到超高斯分布LD端面抽运时,激光晶体温度场分布和晶体抽运面热形变分布。通过激光晶体工作特点分析,考虑了激光分布和激光光束半径变化,建立了符合激光晶体工作状态的热模型。利用各向异性介质热传导方程的一种新求解方法,得出了矩形截面Nd:YVO4晶体的温度场、端面热形变场的通解表达式。研究结果表明：当使用输出功率为15W半导体激光器（超高斯阶次为1）端面中心入射Nd:YVO4晶体（晶体掺钕离子质量分数为0.5%）时,在抽运端面中心获得243.8C最高温升和1.99m最大热形变量,与实验结果一致。这种方法可以应用到其它激光晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

YVO4-Nd:YVO4复合晶体热效应研究

在全固态激光器中使用了复合结构的激光晶体,通过端面泵浦复合晶体工作特点分析,提出了矩形截面复合晶体热分析模型。在热模型中,考虑了复合晶体具有轴向加热、周边恒温,耦合后的泵浦光束具有高斯分布的特点。利用热传导方程,得出了YVO₄-Nd:YVO₄复合晶体内部温度场及端面热形变的一般解析表达式。研究结果表明,若用输出功率为20 W的激光二极管端面泵浦YVO₄-Nd:YVO₄复合晶体(其中复合晶体中YVO₄晶体长为2 mm,Nd:YVO₄晶体长为6 mm,钕离子掺杂质量分数为0.5%),泵浦光斑为0.2 mm时,复合晶体内最大温升为324.5 ℃,泵浦端面具有3.61 mm的热形变量。在相同泵浦条件下,采用复合晶体替代Nd:YVO₄晶体,可将其最大温升降低23.4%,这对于消弱激光晶体热效应的影响,解决激光二极管端面泵浦激光晶体引起的非均匀温升以及热折裂问题,提高激光器性能有着重要的意义。     

三镜折叠腔绿光激光器热特性分析和实验研究

为了提高固体激光器的热稳定性和光斑质量,讨论了LD泵浦三镜折叠腔绿光激光器的热焦距与泵浦功率、激光晶体长度、泵浦光发散角以及泵浦光聚焦位置的关系.利用谐振腔内往返传输矩阵算法,计算了在不同热焦距下,腔内元件不同长度时,其上的基模半径,理论上很好地实现了输出光斑的像散补偿.在532nm绿光实验中,以Nd∶ YVO4为增益...     

大功率半导体激光器应用的若干问题研究

主要致力于探索半导体激光及其泵浦的固体激光器在实际应用中的推广，具体包括：半导体激光的热稳定、波长稳定性及功率稳定性；激光二极管列阵多光束组合式光学耦合系统；端面泵浦各向异性介质的热效应模型；半导体泵浦的输出损耗电光调制的多功能激光技术。     

LD端面泵浦的高输出单频Nd:YVO4绿光激光器

用激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd:YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出.在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%.在腔内插入Cr4 :YAG晶体,又获得了脉宽为100ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出.     

1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd:YVO4激光器

研制了一种由激光二极管阵列端面泵浦的Nd:YVO4晶体腔内双波长和频连续波大功率橙黄光激光器.利用I类临界相位匹配LBO,由1 064 nm和1 342 nm内腔和频获得了593 nm橙黄激光.在12 W注入泵浦功率下,获得了1.1 W的TEM00模和低噪声橙黄激光输出,光光转换效率为9.2%,M2因子＜1.2,4 h功率不稳定度＜±2%.该输出功率是目前腔内和频593 nmNd:YVO4激光器中最高的.     

热容运转模式下LD泵浦固体激光器的热效应分析

针对热容运转模式下的固体激光器,对二极管泵浦光强分布进行修正,并且考虑激光介质比热容和热传导率随温度变化的特性,建立了三角均布脉冲LD侧面泵浦固体激光介质的热传导物理模型。利用有限元方法,对激光介质的温度变化过程进行了模拟与分析,并且,与连续泵浦、脉冲泵浦模式下的热稳态固体激光介质的热效应分布进行了对比讨论。讨论结果对热容激光器的设计工作提供参考。     

LD端面泵浦的高输出单频Nd∶YVO_4绿光激光器

用激光二极管(LD)抽运Nd∶YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd∶YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出。在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%。在腔内插入Cr4+∶YAG晶体,又获得了脉宽为100 ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出。     

V型腔激光器倍频晶体长度分析和实验研究

根据倍频光转换效率公式和腔内倍频的稳态条件,推导倍频光功率密度的最大值和最佳倍频晶体长度的表达式,计算了当腔内损耗为5%,以Nd:YVO4和Nd:YAG为激光晶体时KTP晶体的最佳长度,分别采用Nd:YAG和Nd:YVO4为激光晶体进行实验。在Nd:YVO4/10mmKTP实验中,当泵浦光为15W时,获得了2.67W绿光输出,光-光转换效率达17.8%。     

6.5W LD泵浦914 nm钒酸钇激光器

掺钕钒酸钇作为一种重要的激光增益介质,以其受激发射截面大、对809 nm波长存在很强的宽吸收带、偏振发射等优点,在LD端面泵浦全固态激光器中得到了广泛的应用,其中比较有应用价值的受激发射谱线为1 064 nm,1 342 nm和914 nm。由于914 nm谱线属准三能级结构,以及钒酸钇晶体较低的热导率,限制了其向大功率方向的发展。研究了一种具有较高效率的大功率钒酸钇连续输出激光器,通过采用简单的折叠腔设计和对腔镜镀适当的介质膜,抑制了波长为1 064 nm和1 342 nm的高增益谱线。当泵浦功率为29W时,输出功率高达6.5W,斜效率为37.9%,光光转换效率为22.4%.     

量子阱二极管泵浦的Nd:YVO4/Cr:YAG高重复率被动调Q激光器

量子阱二极管端面泵浦的Nd:YVO₄激光器中,采用Cr:YAG作为可饱和吸收体,获得了1.06μm的高重复率被动调Q脉冲激光输出.在吸收泵浦功率528.3mW时,输出脉冲能量0.19μJ,宽度32ns,脉冲重复率达158.7kHz.     

全固态355 nm连续紫外激光器的优化设计

通过优化腔型设计, 实现了LD端面抽运Nd:YVO₄腔内三次谐波转换全固态连续355 nm紫外激光器高效率输出。选用平-凹腔结构并考虑到Nd:YVO₄晶体的热透镜效应、模式匹配、倍频晶体位相匹配等因素对输出功率的影响,对谐振腔长进行了详细的分析计算。在激光谐振腔内, 1 064 nm的基频波经KTP晶体倍频产生532 nm激光,二者再经LBO晶体和频获得了355 nm紫外激光。当LD抽运功率为3 W时,355 nm连续紫外激光输出功率达6.4 mW。与折叠腔进行比较,发现在小功率抽运情况下,直腔结构紧凑、易于调节、输出功率较大。     

Thermal and stress analyses in an end-pumped Nd:YAG slab laser using finite element method

The increasing application on high laser power in industries required studies in the portion of pump radiation absorbed by laser media that exchanges to heat. Heat may cause thermal stress, stress birefringence and thermal lens effects. These effects can destroy the optical properties of the laser medium, decrease the beam quality and may lead to medium break. In this paper, the thermal and stress analyses of continuous and pulsed end-pumped Nd:YAG slab laser are studied using finite element method. Heat deposited in the slab is removed by cooling water, flowing on the largest faces of the slab, which surrounds the active media. The temperature and stress distributions of the end-pumped Nd:YAG slab are defined by coupled field methods in the ANSYS commercial finite element software. The value of maximum temperature and stress in the slab which is affected by an end-pumping are calculated. Finally the maximum pump-power range which can be applied to the slab is determined using the limit of maximum stress in the slab. The analyses are done in from transient to steady-state regimes for continuous pumping. Results show that deposited heat due to the pulsed pumping acts like a mechanical impact.     

LD泵浦Nd:YVO4激光器的测距应用

将ＬＤ泵浦的Ｎｄ：ＹＶＯ４激光与连续波频率调制技术相结合、提出一种绝对距离测量新方案。小尺寸的Ｒｄ：ＹＶＯ４晶体提高了光源的时间相干性,这一点对于长距离测量有重要意义。通过引入补偿通道,消除ＰＺＴ非线性调制的影响。实验结果证明了该方案的可行性。     

三镜直腔结构MgO∶PPLN高效连续光参量振荡器

为了优化MgO:PPLN连续光参量振荡器(OPO)的输出特性,对三镜直腔结构的内腔式OPO系统进行腔结构设计,对其同时输出高效的信号光和闲频光进行研究。采用半导体激光端面抽运Nd:YVO4晶体实现连续的1064 nm激光为基频光。对比分析了基频激光腔和OPO腔各腔镜分别采用平面镜或平凹镜的三种腔型结构的激光输出特性。基于30.5 μm的极化周期和12.4 W入射抽运功率时,获得了最高输出功率3.92 W（信号光2.6 W和闲频光1.32 W）,转化效率31.6%的激光输出,对应的信号光和闲频光的中心波长分别为1549 nm和3394 nm。结果表明三个腔镜均采用平凹镜时,可有效的压缩基频激光腔在MgO:PPLN晶体上的光斑,提升基频激光的功率密度,而且基频激光腔和OPO腔的基模光斑在MgO:PPLN晶体上更好的匹配,从而提升变频效率。     

外腔型YVO4拉曼激光器

采用提拉法生长了高光学质量的YVO4晶体,最大尺寸为28mm×40mm,重126g。以脉冲宽度为40皮秒的Nd:YAG锁模激光器作为激发源,研究了YVO4晶体在外置谐振腔条件下的拉曼输出特性：多波长输出的总转换效率达到51.4%,最大输出能量2.21mJ;1175nm一级斯托克斯拉曼输出的最高转换效率为32%,最大输出能量0.57mJ;1313nm二级斯托克斯拉曼输出的最高转换效率为12.3%,最大输出能量0.36mJ。