1342nm激光输出的LD端面抽运Nd:YVO4激光器

研究大功率激光二极管端面抽运的Nd:YVO4连续波1342nm激光器的输出特性.实验结果表明,小功率抽运时,激光器的输出功率基本随抽运功率线性增加;当抽运功率超过一定值时,斜率效率下降,对于长腔斜率效率下降更为明显,甚至出现输出功率降低.通过对晶体中的振荡激光基模半径和热致衍射损耗计算得出:高抽运功率下,热效应影响了激光器的输出功率,为了获得最大的输出功率,激光晶体内不考虑热效应时的基模半径与抽运激光光束尺寸的比值ω/ωp在0.8～0.9之间最佳,而且抽运功率越大,比值越小.理论分析与实验结果基本一致.     

晶体热效应对激光二极管抽运调Q固体激光器转换效率的影响

研究了在考虑晶体热效应的情况下,如何最优化设计激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器。综合考虑抽运光束分布、抽运功率、谐振腔结构以及激光介质的热效应对激光器转换效率的影响,给出设计激光器的一套仿真计算算法。结果表明,热致衍射损耗与抽运光半径、抽运功率、腔长、振荡光半径以及晶体材料有关,与输出镜透射率以及重复频率无关。在考虑热致衍射损耗的情况下,当抽运功率一定时,最佳的抽运光参数和谐振腔参数能使Nd:YAG的转换效率最大。     

高功率半导体激光器端面泵浦Nd：YVO4固体激光器热致损耗的研究

本文提出了一种测量端面泵浦固体激光器热致损耗的方法。研究了Ｎｄ＾３＋浓度分别为０．５％和２％两种Ｎｄ：ＹＶＯ４晶体,基模半径与泵浦光斑半径之比Ｗ１／Ｗｐ分别为０．５和１情形下热致损耗随泵浦功率的变化,结果表明,热致损耗随泵浦功率的增加而增大,且强烈依赖于Ｗ１／Ｗｐ,大的基模半径会导致严重的热损耗,Ｎｄ：ＹＶＯ４晶体的Ｎｄ＾３＋浓度对热致损耗也有很大影响,在大模半径情形,高浓度晶体的热致损耗远大于低     

LD端面泵浦固体激光器模匹配的研究

本文给出了考虑热透镜效应后大功率光纤耦合输出端面泵浦的固体激光器的最佳模匹配模型。通过计算腔内任一振荡光线与中心轴振荡光线的光程差分布，得到了热透镜效应引起的衍射损耗，由此得到泵浦功率一不定期的情况下，泵浦光斑与腔内振荡光束的最佳模匹配系数。实验中采用泵浦功率为20W的半导体激光器泵浦Nd:YAG激光器，光纤芯径400微米，得到最佳配合系数为0.85。实验结果与数值计算结果相符合。     

高功率半导体激光器端面泵浦Nd:YVO_4固体激光器热致损耗的研究

本文提出了一种测量端面泵浦固体激光器热致损耗的方法．研究了Ｎｄ（３＋）浓度分别为０．５％和２％两种Ｎｄ：ＹＶＯ４晶体,基模半径与泵浦光斑半径之比Ｗ１／Ｗｐ分别为０．５和１情形下热致损耗随泵浦功率的变化,结果表明：热致损耗随泵浦功率的增加而增大,且强烈依赖于Ｗ１／ＷＰ;大的基模半径会导致严重的热致损耗．Ｎｄ：ＹＶＯ４晶体的Ｎｄ３＋浓度对热致损耗也有很大影响,在大模半径情形,高浓度晶体的热致损耗远大于低浓度晶体,而且对于Ｗ１／Ｗｐ的依赖更为强烈．     

三向侧面泵浦固体激光器中热透镜的研究

本文理论分析侧面泵浦固体激光器热透镜效应，详细讨论介质中泵浦光分布和温度梯度分布，提供了热透镜的数值解法。实验研究三向侧面泵浦固体激光器的热透镜，所测实验结果与数值计算结果相吻合。该数值方法为DPL的谐振腔设计提供有效途径。     

热效应不敏感的Nd∶GdVO4/KTP全固态绿光激光器设计

利用基于传播圆变换理论的图解分析方法,得到了具有激光晶体热透镜不敏性的V形折叠腔参数。实验中通过LD端面泵浦Nd∶GdVO4,获得了稳定的TEM00模激光输出。将非线性晶体KTP置于基波的腰斑处,在19.7W的注入泵浦功率下获得了3.68W的531.5nm连续绿光激光输出,考虑到泵浦耦合用准直聚焦筒10%的耦合损耗,实现光-光转换率21%。经测量该激光腔输出功率及热稳定性在国内LD泵浦全固态连续绿光激光器研究领域处于领先水平。     

热效应不敏感的Nd：GdVO4／KTP全固态绿光激光器设计

利用基于传播圆变换理论的图解分析方法,得到了具有激光晶体热透镜不敏性的V形折叠腔参数。实验中通过LD端面泵浦Nd：GdVO4,获得了稳定的TEM00模激光输出。将非线性晶体KTP置于基波的腰斑处,在19．7W的注入泵浦功率下获得了3．68W的531．5nm连续绿光激光输出,考虑到泵浦耦合用准直聚焦筒10％的耦合损耗,实现光-光转换率21％。经测量该激光腔输出功率及热稳定性在国内LD泵浦全固态连续绿光激光器研究领域处于领先水平。     

计算"Top-hat"端面抽运晶体热透镜焦距的改进方法

在激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器中,热效应是设计中必须考虑的重要参量之一。研究激光工作物质内热效应的最方便的方法是等效热透镜(TL)法。前人给出的公式算出的热透镜焦距比实验值小。针对“Top-hat”抽运光,在找出了导致计算值与实验值差距的原因后,给出了能够得出更为精确热透镜焦距值的改进方法,并进行了数值计算,根据计算结果给出了拟合方程。研究结果显示,热透镜焦距不仅仅是抽运功率的函数,还是激光半径与抽运光半径比的函数,并且在激光和抽运光半径大致相当的时候,热透镜焦距大约是原来公式计算值的1.6倍。在相同的抽运条件下,热效应造成的衍射损耗同用原来热透镜焦距计算的结果相比要小很多,同样和激光半径、抽运光半径有关。实验证明新理论比旧理论更接近实验结果。     

二极管泵浦固体激光器热透镜焦距的数值模拟

理论分析了轴对称时,以泵浦光为标准高斯光束,在散热均匀情况下,激光晶体中的三维温度场分布,计算了热透镜焦距。利用Ansys数值,模拟了不同泵浦功率及不同泵浦光半径下,激光晶体中的三维温度场分布,并利用Matlab处理了温度数据,数值计算了热透镜对平行入射晶体端面的平面波产生相位畸变,描绘出热透镜焦距随半径的变化曲线。数值分析得出,热透镜焦距随径向发生变化,出射光波为非球面波,热透镜等效凹面镜不能用单一曲率半径描述,为非球面镜,并研究了泵浦功率和泵浦光半径对热透镜焦距的影响。     

CCD测量LD端面抽运Nd∶GdVO_4固体激光器热焦距

为研究Nd∶GdVO4晶体在激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中的热效应,给出了一种测量激光器稳态运转时腔内激活介质热透镜焦距的简便方法。采用CCD光束分析仪直接测量输出光束的M2因子及束腰大小,根据混合模类高斯光束传输理论推导出相应的基模高斯光束束腰大小,由此利用稳定谐振腔的传输矩阵理论可得到相应的激光介质的热焦距。实验结果表明,抽运功率越高,热焦距越小,热效应对输出光束质量影响越严重。基于上述原理,对LD端面抽运的Nd∶GdVO4固体激光器热透镜焦距进行了测量,实验结果和理论分析相符。     

高平均功率高重复率固态双Nd:YVO4基模激光器

报道了采用国产大功率光纤束模块双端泵浦双Nd：YVO4激光晶体和声光调Q技术,实现了高平均功率、高重复频率的1064nm激光输出。通过降低Nd：YVO4激光晶体的掺杂浓度,采用双端泵浦双晶体,在晶体热效应允许的范围内最大限度地利用了泵浦光的能量,通过腔内插入声光调Q器件,在晶体注入总功率为50W的情况下,得到了24W的TEM00模连续波1064nm激光输出。最高重复频率为50kHz时,平均输出功率为22．9W,脉冲宽度为38ns,相应的光-光转换效率为45．8％;在重复频率为10kHz时,具有最大单脉冲能量1．55mJ,相应的脉冲宽度为15ns,峰值功率达到了103kW。     

0.53 μm全固态激光器热效应及其补偿技术研究

基于0.53 m、1.06 m激光双波长复合输出技术在军事上的应用前景,针对光电对抗双波长复合输出激光器的热效应,利用泊松热传导理论,考虑晶体与外界的热交换,建立了更精确的边界条件,仿真分析了三向泵浦、内腔倍频情况下激光晶体热透镜效应和倍频晶体热致相位失配的形成过程,分析讨论了平凸腔补偿热透镜效应的有效性和一般规律。通过实验探究了热效应对双波长复合激光光束质量的影响,验证了平凸腔对热效应的补偿效果,发现平凸腔能增大基模模体积,抑制高阶模增益,改善复合激光光束质量,热效应补偿效果会随着补偿平凸镜曲率半径的减小而增强。     

基于300μm微片激光器生成涡旋空心光束的研究

为了探究涡旋空心光束在端面抽运Nd∶YVO₄微片激光器中的生成条件及其变化因素,构建了一种基于轴棱锥-透镜组生成环形抽运光的新方法。采用ZEMAX对抽运光进行了仿真分析,并基于热效应分析进行了模式匹配计算,通过实验成功得到了环形抽运光和环形空心激光输出,并通过实验验证了输出光为1阶涡旋光。结果表明,该方法能够生成光束大小可控的808nm抽运光,其光斑半径可随轴棱锥锥顶与透镜焦平面的相对位置快速变化;并且该抽运光能够使谐振腔长度为300μm的微片激光器输出稳定的1064nm 1阶拉盖尔-高斯涡旋空心光束。此研究结果对于微片激光器输出涡旋空心光束的实际方法的建立具有重要的指导意义。     

Theoretical interpretation of the enhanced single-mode stability in extended cavity VCSELs

Paraxial eigenmode analysis demonstrates that the extended cavity stability follows from the geometric scaling of the diffractive cavity losses; the same principle also explains the narrow aperture stability. Because diffraction losses scale as (L/b)/sup 2/ = (L/spl lambda///spl pi/w/sub o//sup 2/)/sup 2/, one can enhance diffraction to differentiate thresholds among modes either by shrinking the mode waist w/sub o/ (smaller aperture) or by extending the cavity length L. The second approach does not limit the vertical cavity semiconductor laser (VCSEL) output power. Our predictions agree with experimental trends, and suggest that diffraction limited modes apply to extended cavity VCSELs, since guided mode theory (effective index or thermal lensing) does not allow strong stability dependence on cavity length. The extended length stabilization holds when factors other than diffraction (such as mode wing clipping or aperture scattering) significantly contribute to cavity losses.     

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。     

热效应影响光束质量的数值模拟

建立了圆柱形激光晶体的热传导模型,在晶体周边冷却、两通光面绝热情况下,通过求解热传导方程,得出圆形截面Nd:YAG晶体的温度分布,得到热效应对光束衍射倍率因子M²的影响与腔长、全反镜曲率半径、输出镜曲率半径、泵浦功率的关系。这一结论为提高激光器的可靠性,研究激光晶体的热效应提供了理论依据。