端面抽运光离轴对固体激光器输出特性的影响

为了研究端面抽运光离轴抽运时,抽运光离轴量对激光器基模输出性能的影响,讨论了端面抽运的基本理论,数值计算了离轴抽运光与振荡光的交叠积分,得到了抽运光离轴量与激光器基模输出性能的关系曲线.表明在抽运光离轴量小于0.1 mm时,抽运光离轴量对激光器基模输出性能的影响较小;当抽运光离轴量大于0.1 mm时,激光器输出功率、斜效率随抽运光离轴量的增大而快速减小.     

侧面抽运光参数对DPL激光器增益分布的影响

为了研究侧面抽运固体激光器时激光工作晶体中的增益分布特性,分析了侧面抽运结构特点,采用数值计算方法计算了单向侧面和三向侧面抽运光参数对激光晶体中增益分布的影响.研究结果表明:抽运光束腰半径越小,激光晶体的轴线上增益越大,激光晶体径向增益分布越集中;晶体的吸收系数越小,激光晶体中抽运均匀性就越好,但总的吸收效率下降;在吸收系数和束腰半径过小时,激光晶体不能完全吸收抽运光的能量,抽运光利用率降低;此时在晶体侧面抽运光出射面增镀抽运光的增反射膜,能提高抽运光的能量利用效率.     

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。     

LD侧面泵浦全固态激光器的热效应分析

对不同情况下LD侧面泵浦全固态激光器的热效应进行了分析，建立了抽运光功率和温度分布的计算模型，用C语言和MATLAB编程的方法对所建立的模型进行计算机数值模拟，并对模拟的结果进行了讨论分析．     

一种新颖的自反馈光注入单频窄线宽光纤激光器

报道一种基于自反馈光注入的单频窄线宽光纤激光器。激光器采用线形腔结构,用高掺杂Er3+光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈与腔内振荡激光干涉,形成折射率光栅与增益光栅共同作用选择纵模,获得稳定的1 549.85 nm单频窄线宽激光输出。在975 nm单模激光二极管(LD)抽运下,激光器的抽运阈值光功率为13 mW。当抽运光功率为112 mW时,最大输出信号光功率为30.6 mW,对应的光-光转换效率为27.3%,斜率效率为30.2%,信噪比大于50 dB。采用延时自外差方法测量线宽,当使用30 km单模光纤延迟线时,测量得到激光器的3 dB线宽为4.0 kHz。     

入射位置对鸟翼式互抽运相位共轭特性的影响

研究了入射位置对互抽运相位共轭特性的影响．通过强度相等的两束光对称入射到Cu：KNSBN晶体上，进行鸟翼式互抽运相位共轭实验研究，获得了互抽运相位共轭光输出随着入射位置的变化存在最大值．并从理论上分析了入射位置对鸟翼式互抽运相位共轭机制的作用，指出入射位置对晶体内互抽运光回路、耦合系数的影响，及在互抽运相位共轭效应中存在一个最佳入射位置．     

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。     

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.     

端面泵浦光的焦斑位置对DPL性能的影响

为了研究端面泵浦固体激光器时,泵浦光焦斑位置对激光器输出性能的影响,建立了交叠积分的计算模型,计算了确定的谐振腔结构和泵浦光束分布时的交叠,数值模拟出了不同泵浦光焦斑位置时,激光器的输出性能.得到了该结构下泵浦光的焦斑位置,以及焦斑位置对激光器输出性能的影响.结果表明最佳阈值泵浦功率和斜效率对焦斑位置比较敏感,且焦斑位置位于增益介质中距离泵浦面1.3 mm时,激光输出功率最大,泵浦效果最佳.     

LD端面泵浦Nd：YAG晶体内部纵向增益分布模拟

本文通过使用Matlab软件建立数学模型,模拟了二极管端面泵浦Nd：YAG晶体内的泵浦光增益分布情况。通过分析泵浦光聚焦焦点在晶体位置发生变化时的晶体内增益分布情况,发现随着聚焦位置深入晶体内部,泵浦光能量在晶体内的分布均匀程度先逐渐提高,随后降低,当聚焦位置为1mm时泵浦光能量在晶体内分布的均匀性最佳。通过模拟分析,可以进一步解影响泵浦光在晶体增益分布均匀性的因素,为激光器泵浦系统设计提供理论指导。     

高精度半导体激光器温度控制系统技术研究

本文给出了一种利用高信噪比的运算放大器与半导体制冷器设计的激光光源电路驱动系统,以及半导体激光器的稳定度实验测量结果。实验证明,本驱动系统能为半导体激光器提供高稳定度的恒温控制（ATC）,温度控制精度可达0.01℃,波长控制精度可达0.1nm,而且提高了半导体激光器的使用寿命和输出波长的单一性。     

反射法测量大功率二极管激光器腔面温度

通过光热反射技术测量大功率二极管激光器腔面温度,并取得了初步结果。由于是非接触探测,故而比较真实反映了正在工作的大功率二极管激光器腔面温度。通过实验及分析表明,有源区是产生热最多的地方,通过测量不同偏置电流时的光反射信号幅值,获得了腔面温度分布图。整个实验装置及测量方法简单可靠,可望实际用于大功率二极管激光器的腔面温度评价及性能优化研究。     

直接金属选区激光多道烧结温度场有限元模拟

局部输入的集中移动激光热源势必造成直接金属选区激光烧结过程中温度场分布不均匀、不稳定。研究多道激光烧结对掌握烧结过程中温度场动态分布及不同烧结道的相互影响规律具有重要意义。在考虑随温度变化而变化的热传导、比热容等热物性参数的作用下，建立直接金属多道烧结的三维温度场有限元模型。采用ANSYS参数化设计语言模拟多道烧结的热源移动，用焓处理相变潜热的影响。模拟结果显示：随着烧结过程的进行，随后的烧结道具有越来越大的热影响区域，且热影响区域的不均衡性越来越明显；极大的温度梯度发生在激光束扫描方向改变时的烧结件边沿区域。模拟结果的最高温度、平均温度与先前的实验结果一致。     

半导体激光器高精度温度控制系统的设计

温度对半导体激光器的特性有很大的影响，在要求半导体激光器输出稳定的波长情况下，必须对其温度进行高精度控制。文中介绍了半导体激光器的高精度温度控制原理和方法，详细给出了温控系统的机械结构和致冷器的控制电路。该系统可以达到０．０２℃的控制精度。     

基于PID控制和遗传算法的半导体激光器温控系统

为了实现半导体激光器温度的精确控制,设计了将PID控制与遗传算法相结合的高精度温度控制系统.该系统使用热敏电阻与光电二极管进行测量和反馈半导体激光器的温度值,并用热电制冷器作为温控执行器,构成了双闭环控制系统,提出了利用遗传算法在线优化PID参数的方法,根据实时测量偏差、控制器输出和上升时间构建函数作为待优化的性能指标,从而动态调整控制器的参数.结果表明,系统能够实现高精度的温度稳定控制,稳定度达到0.027%,温度偏差为0.002℃,控制效果优于传统的PID控制,具有较好的应用价值.     

半导体激光器自混合干涉的调制及光电检测电路

根据半导体激光器自混合干涉微位移测量系统的要求,设计了电流调制半导体激光器和光信号检测电路．半导体激光器具有体积小、易调制等特性,因此在实验采用中心波长为650 nm的半导体激光器作为该微位移测量系统的光源, 从而使系统微型化、光路易准直;将半导体激光器的电流调制特性和自混合干涉原理相结合,使此微位移测量系统的测量精度远远高于传统干涉方法．在实验电路中利用集成运放特性实现对光源信号的调制和微弱信号的前置放大,并使用温度补偿及抗干扰技术,使输出信号满足系统要求．     

窄脉冲大电流半导体激光器驱动的研究

比较了半导体激光器驱动的几种设计方案,提出一种新的以VMOS功率场效应管为核心的半导体激光器的驱动方案,设计了脉宽可调,重复频率可选,具有恒温控制的激励器。     

基于多波长合束技术的光纤耦合模块设计

高功率激光器是一个发展趋势,而单独芯片半导体激光器很难实现大功率输出。基于合束技术中的波长合束原理,应用ZEMAX软件设计出大功率光纤耦合模块。多波长合束技术能够有效提高激光功率,同时不影响光束质量。应用24支输出功率12W,波长分别为915nm、940nm、976nm的半导体激光器,耦合进芯径100μm/0.22的光纤中。输出功率达到284.5W,耦合效率达到98.7%,亮度达到115.3MW/cm~2-str。通过Solid Works软件和ANSYS软件优化分析耦合模块热沉结构,得到有效散热的新热沉模型,优化后模块最高结温下降1℃左右。     

温度均匀分布辐射冷顶板的传热特性

构建一种表面温度均匀分布的辐射冷顶板,分析其物理结构和传热机理,建立其辐射供冷传热过程的数学模型,利用MATLAB计算其供冷量,并通过该辐射冷顶板的热工特性试验验证模型的合理性,模拟得到的顶板温度和供冷量与实验结果的误差小于6%。通过对实验结果和计算结果的分析,研究发现在定流量稳态工况下,该辐射冷顶板结构由于存在空气夹层,顶板的供冷量随顶板温度的增大而增大,但受冷冻水温度的限制,顶板的温度在实际运行时宜保持在18~20℃之间。基于对实验数据的分析,研究了室内相对湿度随顶板温度的变化规律、房间的温度分布及其通过对流和辐射方式各自分担的冷负荷。     

相变木塑围护结构热工性能实验与数值模拟

为对相变木塑围护结构的热工性能进行研究,以相变木塑复合构件为基础制成缩尺实验箱,对箱内温度实时监测,采用辐射蓄热、对流放热的方式对相变木塑复合构件的热工性能进行了测试,得出:相变木塑墙体比普通木塑墙体有更理想的室温调节能力,光照的不足对墙体蓄、放热能力影响很大,相变木塑墙体在阴天光照条件下相比于晴天温控能力大大降低.为对相变木塑围护结构的热工性能进行改善,建立相变传热物理模型及数学模型,利用MATLAB软件进行室内温度、相变内墙与室内空气对流换热量、相变内墙表面温度的数值模拟,得出:提高材料导热系数及增大墙体对流换热强度均能改善相变木塑墙体的热工特性,随着导热系数的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至15.7℃,同时对流换热量和内墙温度增加,但增加幅度十分有限,随着对流换热强度的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至16.3℃,同时夜间相变墙体表面对流换热量显著增加,增加幅度明显,所以提高对流换热强度更具热工性能的改善潜力.