束转动90°环形非稳腔抗系统失调性能研究

提出了将束转动90°环形非稳腔(UR90)应用于片状陶瓷激光器的设计,将光束绕光轴旋转对波前进行平均化的思想用于改善固体激光谐振腔失调、增益不均匀、泵浦不均匀等问题.针对该设计模型,采用快速傅里叶变换方法,从镜面倾斜角度出发,计算了不均匀失调因素对输出光束光强、相位分布的影响.与常规环形非稳腔计算结果相比,UR90固体...     

场转动环形非稳腔的空间平均效应研究

将光束绕光轴旋转的思想应用于改善固体激光谐振腔失调,增益不均匀,泵浦热效应等问题。设计了束转动环形非稳固体激光腔。采用快速傅里叶变换的方法,对束转动环形非稳腔的空间平均效应进行了数值模拟,发现对于固体激光器不同的泵浦方式,光束旋转产生的空间平均效应不同,其效果与光束旋转特点、泵浦方式、腔的放大率、束转动角度等有关。本文对几种不同形式的增益不均匀进行计算,对于增益介质横截面一维方向不均匀和角向不均匀的情况,束转动90°环形非稳腔能有效补偿空间不均匀。得到的结论为束转动90°环形非稳腔的优化设计和应用提供理论依据。     

百瓦级环形非稳腔板条激光器腔内校正

提出一种环形非稳腔结构,该结构将传统驻波非稳腔腔内的非共轭像差校正转换为共轭像差校正。搭建了百瓦级环形非稳腔Nd:YAG板条激光器,采用59单元自适应光学系统对腔内像差进行校正。利用980 nm参考光束和Shack-Hartmann波前传感器测量腔内像差,采用加权最小二乘法复原波前像差,最后用倾斜镜和变形镜进行校正。最终在低抽运功率下将输出功率从105.8 W提高到113.1 W,光束质量β因子从6.98优化到2.33。该研究为环形非稳腔应用于高功率固体激光器并获取高输出光束质量提供了一种技术途径。     

机载测深激光雷达千赫兹全固态激光器设计及特性研究

将千赫兹高功率全固态Nd：YAG激光器的增益介质当作厚透镜处理，使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析。采用多条半导体激光列阵侧向紧凑抽运结构设计，提高了增益介质光抽运的均匀性。根据实际抽运功率，通过模拟计算，设计了平凸非稳腔。选择的凸面全反镜的最佳曲率半径有效地补偿了增益介质热透镜效应，激光器实现了动态稳腔运转，激光脉冲能量输出斜度效率大于13％，光束发散角优于1.3mrad。     

COIL束转动90°环形非稳腔（UR90）的准直技术

采用束转动９０°环形非稳腔是使低增益激光器获得高功率及良好光束质量的极有效方法，本离这种腔采用一台Ｈｅ－Ｎｅ激光器提供导引光的准直技术。     

双侧对称抽运横流液体激光器的光束质量分析

为了提高横流液体激光器的光束质量,采用ANAYS软件分析了双侧抽运液体激光器的液体介质的温度分布,对不同流速条件下的非稳腔光场分布和光束质量M~2因子进行了数值计算。结果表明,存在一个使光束质量M~2因子较优的液体流速,并针对该类激光系统中增益和折射率梯度分布都关于抽运方向对称分布的特点,采用柱透镜补偿波前畸变效应,将光束质量因子由24降低到12.5,说明柱透镜补偿位相畸变能有效地提高液体输出光束质量。     

改善Nd…YAG掠入射板条激光器增益介质热效应的研究

增益介质的热效应是制约掠入射板条激光器获得高功率和高光束质量的重要因素。采用Nd…YAG和蓝宝石晶体键合的方法,研究掠入射板条激光器增益介质的热效应。理论模拟了Nd…YAG与蓝宝石键合晶体增益介质的温度场分布和热焦距。实验对比了Nd…YAG和蓝宝石键合晶体与单块Nd…YAG晶体增益介质的输出特性:在相同腔长和抽运的自由振荡条件下,键合晶体的最大稳定输出功率比单块Nd…YAG晶体提高了26%;当抽运功率为44W时,键合晶体相对于单块Nd…YAG晶体热焦距增长了69%;同时,键合晶体宽度、厚度方向的光束质量因子M_x~2=1.84、M_y~2=2.29,单块Nd…YAG晶体宽度、厚度方向的光束质量因子M_x~2=2.92、M_y~2=4.38。理论分析和实验结果表明,Nd…YAG和蓝宝石键合晶体能够降低掠入射板条激光器增益介质的热效应,有利于输出功率和光束质量的提高。     

高斯变反镜改善板条激光器光束质量的研究

在实验中对比研究了稳腔和高斯变反镜非稳腔两种腔型。采用尺寸为66.7 mm×11 mm×1.7 mm板条Nd∶YAG增益介质,泵浦功率860 W条件下,稳腔获得196 W的激光输出,Mx2=2.47,My2=38.6;高斯变反镜非稳腔获得102 W激光输出,Mx2=2.34,My2=6.48。实验结果表明高斯变反镜非稳腔明显改善了板条激光器宽度方向的激光输出光束质量。     

部分端面抽运板条激光器腔镜倾斜问题研究

部分端面抽运的板条激光器是一种新型固体激光器．配合混合腔可以实现在大功率下保持高光束质量的激光振荡输出。谐振腔的腔镜倾斜是影响激光器输出特性的重要因素，快速傅里叶方法是一种快捷有效的计算方法，利用此方法模拟了腔镜倾斜对近场相位分布和远场光强分布的影响，并分析了光束质量的变化。理论分析表明，腔镜的小角度倾斜对近场相位影响较大，但对远场光强空间分布影响不大；随着倾斜角度不断增大，远场发散角和光束腰宽度也增大，光束质量虽然存在恶化的趋势，但光束质量因子肝值仍然较小，离轴非稳腔仍能保持高光束质量的输出。     

非稳腔大功率绿光激光器的研究

为了提高激光的光束质量和提供准直的平行光束,为抽运钛宝石提供优良的大功率的绿光抽运源,对激光二极管侧面抽运Nd:YAG声光调Q腔内倍频固体激光器进行了研究.实验中采用凸平直线非稳腔,将凸面镜和增益介质热透镜效应等效为望远镜系统进行分析.由实验可知,凸平非稳腔具有较大模体积、良好的稳定性等优点;利用二类相位匹配的磷酸钛氧钾晶体进行腔内倍频,当抽运功率为200W时,获得脉宽109ns、重复频率9.3kHz、发散角小于2mrad的42W绿光输出,光光转换效率达到21%,24h长时间的工作,不稳定性小于2%.结果表明,利用非稳腔腔型,在侧面抽运的模块中可以实现高效的大功率绿光输出.     

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。     

激光二极管侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器

报道了激光二极管(LD)侧面抽运的Nd:YAG薄片激光器.对影响侧面抽运薄片激光器性能的主要因素,即圆薄片增益介质内晶体光分布和沿径向的温度分布进行了理论分析和实验.实现了光-光转换效率为33.5%,峰值功率为230 W,光束参数乘积为21.6 mm·mrad的激光输出.实验结果表明,侧面抽运在薄片Nd:YAG晶体内可实现对称均匀的分布,沿径向的温度差大大减小;Nd:YAG/YAG薄片晶体的复合可满足侧面抽运的要求.这些技术和方法可应用于更高功率的侧面抽运薄片激光器.     

Nd∶GdVO4 和Nd∶YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd∶GdVO4晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd∶Gd-VO4固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd∶YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd∶GdVO4晶体的输出特性优于Nd∶YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

离轴抽运对模式增益和光束质量的影响

在激光二极管端面抽运固体激光器中,抽运光轴线与几何腔轴之间存在一定的偏离,使基模振荡光轴线相对几何腔轴也有一定的偏离,影响激光器性能.引入偏离因子来描述抽运光轴线的偏离量和抽运功率对振荡光偏离量的影响,对模式增益和光束质量随偏离因子的变化规律做了理论分析和模拟,并以光纤耦合半导体激光器端面抽运Nd:YAG固体激光器进行了相应实验.理论与实验结果表明:在抽运功率一定时,抽运光的偏离量越小,偏离因子越小,则低阶模模式增益越大,在模式竞争中占据优势,输出激光的光束质量越好.因此,要获得高增益和光束质量较好的低阶模输出,除保证恰当的谐振腔结构外,控制抽运光的形状和偏离量也是一个重要的手段.     

Nd:GdVO4和Nd:YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd：GdVO4晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd：Gd．VO4固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd：YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd：GdVO4晶体的输出特性优于Nd：YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

Nd∶GdVO4 和Nd∶YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd∶GdVO4 晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd∶Gd2 VO4 固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd∶YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd∶GdVO4晶体的输出特性优于Nd∶YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

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。     

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。     

HF激光器腔内气动介质有序扰动的数值模拟

通过对化学激光器腔内介质不均匀性的分析指出 ,HF连续波化学激光器 (CWCL)腔内的气动介质的有序不均匀扰动将是影响输出光束质量的主要因素之一。利用建立的激光器腔内二维折射率分布模型对基频和泛频HFCWCL有无激射条件下腔内气动介质的有序分布进行了数值计算。分析比较了 3 Slot(3S)和 2 Slot(2S)喷管结构的激光器的性能和气动介质对光束质量的影响。数值模拟指出 ,在望远式非稳腔输出条件下 ,腔内 1m喷管阵列的气动介质有序不均匀扰动对光束质量的影响不大 ,但由于相位扰动的均方差将随喷管阵列长度的平方增大 ,对于HF泛频输出尤应重视。另外 ,3S在工作性能和光束质量方面均优于 2S。