二极管角部抽运Nd:YAG基模激光器

为了分析角部抽运方式在中小功率激光器设计中的可行性,基于光线追迹法,计算了不同的激光介质几何结构参量和不同的二极管温度条件下角部抽运复合板条激光器的抽运效率和抽运均匀性.从模拟计算结果可知,只要选择合理的激光介质结构参量,角抽运方式能得到高的抽运效率和较好的抽运均匀性.设计了一种角部抽运Nd:YAG复合板条激光器,在45W的抽运功率下获得了12W的激光输出,光光转换效率约为26.7%,在40W抽运时光束质量Mx2=1.47,My2=1.36.理论分析和实验设计表明,角抽运方式在小功率激光器设计中是可行的.     

角抽运Nd∶YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器

报道了一种适合中小功率输出的全固态激光器的角抽运方法,抽运光从板条激光器中板条晶体的角部入射,可获得较高的抽运效率和较好的抽运均匀性。采用单角抽运方式,进行了角抽运Nd∶YAG复合板条1.1μm多波长连续运转激光器的实验研究。激光腔采用紧凑型平平直腔结构,腔长仅为22 mm。当注入抽运功率为50.3 W时,1.1μm多波长激光连续输出功率最高达10.9 W,光光转换效率为21.7%,斜率效率为22%。当注入抽运功率为48 W时,1.1μm多波长激光连续输出功率短期不稳定性小于0.6%。     

激光二极管抽运Nd:YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2 因子约为12×13。     

激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器

激光介质的热效应是高平均功率固体激光器面临的最大挑战,采用薄片激光介质是解决热效应的有效手段之一。当在抽运区尺寸远大于薄片厚度并且抽运光均匀分布的条件下,热流近似为沿厚度方向的一维分布,从而大大降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。设计了四通光学耦合系统,通过提高二极管激光器阵列输出激光强度分布的均匀性,并优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。采用两片1 mm厚的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个峰值功率2000 W,占空比为15%的二极管激光器阵列抽运下,获得了峰值功率1440 W,平均功率216 W的准连续激光输出,光光转换效率达到36%,电光转换效率超过16%,在稳腔下测得的光束质量M2因子约为12×13。     

高功率二极管角抽运Yb:YAG板条激光器

报导了一种用于高功率固体激光器的新型抽运方法——角抽运方法,抽运光从板条激光器结构中的板条工作介质的角注入,具有抽运均匀、抽运功率密度高、可扩展性强等优点,利用该抽运方法,获得了连续功率1016W的输出,斜效率42.8%,光-光转换效率33.6%。     

高效激光二极管侧面抽运Nd:YAG模块

提出了定量表征激光棒内吸收抽运光分布均匀性特征参量--吸收抽运光分布均方根偏差相对值,利用该参量以及自行编制的光线追迹程序,定量分析了五向侧面抽运Nd:YAG模块内吸收抽运光分布均匀性及耦合吸收效率随激光二极管(LD)Bar条与Nd:YAG棒表面间距的变化规律,确定了侧面抽运模块优化结构参数;在此基础上研制了抽运频率为100 Hz,占空比为2%的侧面抽运Nd:YAG模块,其808 nm最大平均抽运功率为200 W,1064 nm短腔最大输出功率为95 w,光-光转换效率为47.5%.     

端面抽运板条放大器抽运均匀性和热效应模拟

为了使激光二极管抽运的全固态激光器能够得到高光束质量、高功率的激光输出,对激光介质的温度分布和热透镜效应的研究很重要。利用ZEMAX软件的非序列模块,根据光束追迹的方法模拟了端面抽运结构下,高功率二极管抽运激光放大器的抽运光在增益介质中的光场分布情况。结果表明,此抽运方式下光场分布均匀。将激光介质中吸收的抽运光体功率密度分布结果代入LAS-CAD软件,计算出在种子光未注入和注入情况下,抽运功率为2400W时,增益介质最大温差分别为68℃,54.7℃以及最大热应力分别为90N/mm2,67N/mm2,因此当抽运功率小于2400W,运转的全过程对于激光增益介质是没有威胁的。该模拟结果对于高功率二极管抽运板条激光放大器的设计具有一定参考价值。     

1.5 kW激光二极管抽运Nd:YAG薄片激光器

报道了一台输出功率超过1.5 kW的激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器.设计了四通光学耦合系统,通过优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布.薄片激光介质镀完介质膜后镀Ti,Pt,Au实现金属化,再采用铟焊工艺焊接在铜微通道冷却器上,以提高散热效率和冷却的均匀性.采用两片直径40 mm,厚度1.3 mm的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个二极管激光器阵列抽运下,当每个薄片上的抽运峰值功率为17.7 kW,占空比10%时,获得了平均功率1.52 kW的准连续激光输出,光-光转换效率达到43%,电-光转换效率超过20%.     

1.5kW激光二极管抽运Nd∶YAG薄片激光器

报道了一台输出功率超过1.5kW的激光二极管抽运Nd∶YAG双薄片激光器。设计了四通光学耦合系统,通过优化经微柱透镜准直后光束的发散角,实现了抽运光的近平顶分布。薄片激光介质镀完介质膜后镀Ti,Pt,Au实现金属化,再采用铟焊工艺焊接在铜微通道冷却器上,以提高散热效率和冷却的均匀性。采用两片直径40mm,厚度1.3mm的Nd∶YAG薄片激光介质,在两个二极管激光器阵列抽运下,当每个薄片上的抽运峰值功率为17.7kW,占空比10%时,获得了平均功率1.52kW的准连续激光输出,光-光转换效率达到43%,电-光转换效率超过20%。     

LD侧面抽运的Nd：YAG激光器抽运均匀性研究

通过对激光二极管(LD)侧面抽运激光介质的分析研究，建立了二极管侧面抽运激光介质所吸收的抽运光功率分布的数学模型。采用光线追迹法模拟计算出单个二极管在不同抽运参数下直接抽运激光棒时，激光棒所吸收的抽运光功率的分布。比较了介质的吸收系数和二极管到激光棒距离的不同给抽运的均匀性带来的差异。计算了在有冷却系统的条件下，多个二极管阵列抽运时的抽运光功率分布，得到了较好的抽运均匀性。     

角抽运优化及辐射平衡激光器增益介质设计

角抽运能够避免使用抽运光高透激光高反的双色镜,并且对于低掺杂浓度的激光晶体仍然具有可以接受的吸收效率,因此该抽运方案适合辐射平衡激光器(RBL)较为苛刻的抽运要求.为确保抽运光不会从增益介质的角边泄漏,对角抽运方案中的晶体宽度给出了进一步的优化公式.在992.8 nm抽运光波长下,针对用于辐射平衡激光器的掺杂原子数分数为5%的Yb:KGW激光晶体,利用光线追迹法分别对不使用和使用高温熔合技术的两种角抽运设计方案进行了数值模拟计算.根据抽运吸收效率和均匀性等设计要求,两种角抽运方案中最佳入射角度均为45°,最佳抽运全反射次数值均为1,但是使用高温熔合技术比不使用该技术会使抽运效率提高约20%.     

梯度浓度掺杂复合板条抽运分布均匀性的分析

为了提高板条介质内抽运分布的均匀性,基于LD双端抽运Nd:YAG陶瓷板条放大器设计方案,理论分析了端面抽运条件下,单一浓度掺杂和梯度浓度掺杂板条介质吸收的抽运功率密度分布情况。通过分析可知,对于单一浓度掺杂板条,会产生抽运效率与抽运吸收功率均匀性之间的相互制约问题,而采用梯度浓度掺杂板条介质,在较高的抽收效率情况下,抽运吸收功率分布更加均匀。结果表明,采用梯度浓度掺杂结构可以提高板条介质内抽运分布的均匀性。     

LD角抽运Nd:YAG/YAG复合板条激光器热焦距分析

为了研究LD角抽运复合板条激光器的热焦距情况,采用有限元方法求解了LD角抽运 Nd:YAG/YAG 复合板条晶体的热焦距,得到了该晶体的理论温度分布模型和理论热焦距。此外,采用CCD探测法在未出激光的条件下测量了该复合晶体,得到了实验热焦距,并对实验结果和理论计算结果进行了比较。实验中得到的热焦距变化规律与理论计算基本一致。结果表明,这为进一步改善LD角抽运复合板条激光器输出光束质量,以及提高输出功率提供了必要的理论基础。     

Edge- and end-pumped slab lasers with both efficient and uniform pumping

In conventional high-power slab lasers, the design is often a compromise between pump absorption efficiency and uniformity. In this paper, both are studied for diode-array-pumped slab lasers. We explore a method with which each can be separately optimized, so it becomes possible to have both high efficiency and uniformity in slab lasers with long optical pump paths. The method is applicable to composite and ceramic crystal slab lasers.     

用于板条激光器均匀面照明的三角形聚光器

用一个二维光线追迹程序,计算了三角形聚光器各几何参数对聚光效率及均匀性的影响,给出了适用于固体板条激光介质均匀面照明的结构参数。计算结果与实验基本一致。     

Yb:YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量

为了提高二极管抽运Yb:YAG/YAG复合板条激光器的输出光束质量,研究了复合板条内的热透镜效应,分析了复合板条在宽度和厚度方向的热透镜焦距,以及热透镜对谐振腔模式的影响,设计了混合谐振腔,并对该谐振腔输出光束质量进行了分析。采用角抽运复合板条方法,实现了千瓦级Yb:YAG/YAG复合板条激光器连续运转。采用CCD照相法测量了输出激光的光束质量,在500W连续输出时,光束质量M2因子在板条宽度方向和厚度方向分别优于20和5。实验结果表明,在复合板条激光器中可以采用混合谐振腔获得较好光束质量的激光输出。     

Efficient laser diode side pumped neodymium glass slab laser

The authors report efficient pulse operation of an Nd:glass slab laser-side-pumped by laser diode arrays. 7.5 mJ output and a slope efficiency of 29% were obtained with 35 nJ pump energy at 0.8 μm in 200 μs pulses. The wide absorption band at 0.8 and low laser loss in this phosphate glass allow for efficient pump light absorption and straightforward scalability to high power. The authors demonstrate 22% optical efficiency in a long pulse, multimode diode pumped laser oscillator based on a phosphate laser glass, LHG-8, highly doped with Nd ₂O₃. The strong and wide absorption bands in such phosphate glasses allow efficient pumping while somewhat relaxing the expensive wavelength selection requirements for laser arrays compared with crystal line host materials. With such materials, smaller slab thickness or rod diameters that are feasible with Nd:YAG can be used in the side-pumping geometry     

空心透镜导管的模拟与设计

采用大口径、高功率激光二极管(LD)阵列的大型全固化二极管抽运激光系统(DPSSLs)能够产生高功率、大能量、高重复频率的优良激光。为了实现对介质的高效抽运，将空心透镜导管应用于大口径高功率激光二极管阵列耦合系统。基于三维光线追迹的数值计算方法，编制了LD纵向抽运耦合系统模拟软件，对空心透镜导管进行模拟与设计，使系统耦合效率超过90％的同时，增益介质表面抽运场具有良好的均匀性，实现了对介质的高效均匀抽运；同时通过改变空心透镜导管的参数进行模拟比较，得出了空心透镜导管设计的经验公式，为大型DPSSLs耦合系统的设计提供了有益的参考。     

LD 端面泵浦分离式放大器结构的热效应研究

对LD端面泵浦分离型激光放大介质的热效应进行了分析和研究;建立了Cr,Yb:YAG/Yb:YAG复合结构的热传导模型。采用有限元分析方法得到了介质内部的温度分布,给出了介质折射率随温度变化的计算方法并得到了出射端面波前相位分布随温度变化的情况。计算结果表明:保持泵浦光功率密度不变,在不同的泵浦时长下,介质温度以及通光方向截面折射率变化也不同。随着泵浦时间的增长,介质的温度和折射率也增大,出射端面激光光束的相位畸变同样增大。当泵浦光功率密度增大时,温度与折射率的变化趋势与泵浦时间变化时的情况较为相似。热效应随着泵浦时间的增长和泵浦光功率的增大都变得越来越严重。     

高功率LD侧面单向泵浦激光模块的理论研究

构建了一种激光二极管(LD)侧面单向泵浦激光模块的理论模型.综合光线追迹和有限元仿真方法,推导了该模型下泵浦效率及晶体内光场分布均匀性的计算公式,数值分析了LD切向位移量、径向角度偏离度及晶体吸收系数等因素对泵浦效率和光场分布均匀性的影响.研究结果表明:随着吸收系数的增加,光场分布的均匀性呈现逐渐下降趋势;通过优化LD切向位移量和径向角度偏离量,仿真获得了高达93％的泵浦效率.研究成果对高功率LD侧面单向泵浦激光模块的优化设计和实验研究具有一定的参考价值.