半导体泵浦Nd：YAG固体激光器输出光束质量研究与实验测量

对激光二极管侧面泵浦全固态激光器的热效应进行了分析。由热的传导方程得出Nd：YAG晶体内的温度场分布,得到Nd：YAG的热焦距与泵浦功率的变化规律。同时,设计了测量不同泵浦功率下输出光束质量的实验装置并得到实验结果,最后对实验数据进行了简单的分析,得到最佳输出光束质量时的应用参数。     

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。     

球差透镜对超高斯光束光束质量影响的研究

根据束宽的传输方程,采用双曲线拟合的方法,计算了超高斯光束通过球差透镜后的M2因子。同时还研究有球差的超高斯光束在透镜几何焦面和实际焦面上的桶中功率(PIB)。以M2因子和PIB作为光束质量评价的参数,进行了详细的数值计算来说明球差对超高斯光束光束质量的影响,并与有球差的高斯光束做了比较。得出了一些有实际应用意义的结果。     

半导体激光器光束质量评价方法探讨

针对半导体激光器的结构和光束特点,分析了M2因子的概念与半导体激光器激光本质之间的关系,研究了其局限性,探讨了激光光束质量的影响因素,提出利用准直代价作为半导体激光器光束质量评价因子,该因子由激光器的结构参数和光束参数有机组合而成,此值越小光束质量越好,越容易准直.新的评价因子即完善了"光参数积"的普适性,又具有针对性...     

球差透镜对高斯光束质量的影响

根据自由空间束宽的传输方程 ,采用双曲线拟合的方法 ,计算了高斯光束通过球差透镜后的M2 因子。同时还研究有球差的高斯光束在透镜几何焦面和实际焦面上的桶中功率 (PIB)。以M2 因子和PIB作为光束质量评价的参数 ,进行了详细的数值计算来说明球差对光束质量的影响。得出了一些有实际应用意义的新结果。     

半导体侧面抽运板条激光器光束质量优化

为了优化高功率板条激光器的光束质量, 采用提高单侧基模光束的尺寸来限制腔内部分高阶模式振荡的方法, 针对半导体侧面抽运板条激光器, 测量了激光器在抽运状态下水平和竖直方向热焦距, 建立了热透镜等效模型, 并以平-平腔为参考, 设计了水平和竖直方向单侧基模尺寸均会扩大的平-凹腔。验证了对于激光介质截面尺寸固定的板条激光器, 扩大单侧基模尺寸可以限制高阶模式从而优化光束质量, 并提出了进一步优化板条激光器性能的研究方法。结果表明, 当平-凹腔的腔长为370mm时, 输出功率为59.9W, 水平方向M2因子由平-平腔的115.6显著优化至32.9, 竖直方向M2因子由116.4显著优化为60.9。该研究对于板条激光器获得高质量输出及相关应用有实际意义。     

隧道级联半导体激光器的光束质量因子

运用波导模式理论和光束传输的非傍轴矢量矩理论,对隧道级联InGaAs/GaAs/AlGaAs半导体激光器的光束质量进行了理论研究.分析了隧道级联半导体激光器内限制层厚度和垂直方向光束质量因子的关系.结果表明,在隧道结耦合距离内,隧道结不仅起到了再生载流子的作用,也作为无源波导拓展了光场,减小了垂直发散角,降低了光束质量因子.根据模拟结果设计并制备了高光束质量,小垂直发散角的隧道级联耦合大光腔半导体激光器,其阈值电流密度为271A/cm2,斜率效率为1.49W/A,垂直发散角为17.4°,光束质量因子为1.11的半导体激光器.     

隧道级联半导体激光器的光束质量因子

运用波导模式理论和光束传输的非傍轴矢量矩理论,对隧道级联InGaAs/GaAs/AlGaAs半导体激光器的光束质量进行了理论研究.分析了隧道级联半导体激光器内限制层厚度和垂直方向光束质量因子的关系.结果表明,在隧道结耦合距离内,隧道结不仅起到了再生载流子的作用,也作为无源波导拓展了光场,减小了垂直发散角,降低了光束质量因子.根据模拟结果设计并制备了高光束质量,小垂直发散角的隧道级联耦合大光腔半导体激光器,其阈值电流密度为271A/cm2,斜率效率为1.49W/A,垂直发散角为17.4°,光束质量因子为1.11的半导体激光器     

高功率激光器的光束质量及其对激光加工的影响

本文介绍了光束的模式、评价光束质量的几种方法,着重介绍了国际标准化组织(ISO)提出的光束传输系数M作为评价光束质量的方法。文中还讨论了光束质量对焊接、切割加工的影响;热透镜效应对加工的影响等。     

高效率高光束质量的半导体侧泵浦激光器

本文论述了大功率半导体侧面泵浦固体激光器的基本原理,简述了半导体泵浦固体激光器的常见特征。结合实际应用,介绍了一种泵浦效率较高的侧面泵浦激光器,其采用9条单片20W的线阵激光二极管条,分成3组均匀排列在直径为3mm的YAG激光晶体周围,使用陶瓷漫反射体组成聚光腔,当808nm激光的注入功率为180W时,得到较为均匀的62.6W的激光输出,光光效率为35.2%。     

一种LD侧面抽运固体激光棒光线追迹的数值计算

介绍了一种LD侧面抽运固体激光棒光线追迹的数值计算方法,并根据光线追迹公式编制了程序,画出了激光棒内光强的相对分布图。从光强的分布图可以看出,激光棒内光强的分布均匀。该程序使用方便、可行。     

LD直接侧面泵浦棒状介质的光场研究

采用光线追迹的方法,建立了一套二极管直接侧面泵浦固体激光器的泵浦光场分布的数值模型,运用计算机进行模拟计算,分析系统结构参数对泵浦均匀性的影响,可为二极管泵浦固体激光器结构设计提供理论指导。实验测试了3种不同的侧面泵浦方式下激光介质的荧光分布图,所得结果与模拟计算结果基本相符,证实该数值模型得到的理论分析对二极管直接侧面泵浦固体激光器的结构设计和实验研究具有一定的指导意义。     

反射镜热畸变对激光光束质量影响的研究

基于热传导理论,建立了高斯光束辐照硅反射镜的物理模型,利用多物理场数值分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程,仿真计算得到镜面表面温度分布曲线以及镜面变形曲线,进一步结合光学仿真软件模拟计算,研究得到Si反射镜镜面的热畸变对输出光束质量的影响。结果表明：随着激光辐照时间的增大,反射镜热变形越显著,输出光束质量β因子越大,但β值的变化首先较快而后趋于平缓。随着辐照激光功率的增加,反射镜热变形越大,输出光束质量β因子不断增大。     

热效应对三向侧面泵浦DPL中TEM00模输出功率的影响

以三向侧面泵浦时晶体内泵浦光强分布为基础 ,数值计算了三向侧面泵浦DPL中热效应引起的热致衍射损耗随泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径的变化规律。进一步讨论了热效应存在时的泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径对TEM0 0 模输出功率的影响。从计算结果看出 ,热致衍射损耗使输出功率明显降低。泵浦功率、腔膜束腰半径和泵浦光束腰半径对输出功率都有不同程度的影响。文中还用小孔光阑选TEM0 0 模 ,进行了输出功率随泵浦功率变化的实验 ,实验结果与数值计算结果非常接近。     

大功率扩散冷却型Slab CO2激光器光束质量的研究

本文对国际上最新的大功率扩散冷却型Slab CO2激光器的光束质量进行了全面的测量与实验研究.从原始激光束的光束质量、通过导光系统后激光束质量、聚焦光斑的质量以及焦点漂移四个方面全面考察了Slab CO2激光器的光束质量以及光束的传输、聚焦特性.结果表明,Slab CO2激光器具有高光束质量,其M2因子非常接近1的理想值;激光束具有良好的传输和聚焦性能,可以长距离传输;使用焦距为300mm的聚焦镜聚焦,聚焦光斑的束腰半径约为134μm,光束横截面能量分布接近理想的高斯分布,焦深约为5mm,在加工范围内(3m),激光束的焦点漂移量大约为1mm.另外,采用Slab CO2激光器对厚度为10mm的低碳钢在不同的离焦位置进行激光深熔焊接实验,讨论了激光光束质量和焦深对焊接结果的影响.     

大功率近红外半导体激光辐照蝗蝻致死作用研究

为研究大功率近红外半导体激光对蝗蝻的致死作用,选择采用功率2W、波长808nm的半导体激光器,针对三龄及以前龄期和三龄期后亚洲小车蝗蝻虫分组试验,激光束对准蝗蝻头部位置,进行小同功率密度、不同时间的照射试验,分别观察照射后即刻、照射后5小时和照射后次日蝗蝻的致死率.与对照组相比,照射试验组蝗蝻被照射部位受激光热损伤破坏,活性均有不同程度的降低,且随着激光剂量的增加和照射后时间的延长,活性降低程度和致死率呈现增长趋势.结果表明,近红外激光辐照蝗螭头部位置有较好的致死作用,且蝗蝻龄期越小致死效果越好.     

激光窗口杂散光固气耦合热效应对光束质量的影响

为实现激光传输内通道密封,会在末端加装带倾斜角的窗口,但窗口的回射杂散光辐照管壁会引起结构温升,加热通道内气体引起热效应。针对密封窗口的回射杂散光辐照加热直管道问题,建立了直管道部分结构场-气体密度场-光场的耦合仿真模型,分析了不同管道材料、管壁厚度、管道结构形式对光束波前畸变的影响。分析结果表明:等质量的铝、铜、钢三种材料中,铝管道引起的光束波前畸变最小,仅为钢、铜的约50%;通过管道外侧增加散热翅片以及高导热碳膜的方式来降低壁温、改善波前畸变的效果并不理想,波前RMS值下降不超过3%;增加受辐照段管道壁厚、提升管道热沉是降低光束波前畸变最有效的方案,铝管壁厚由8 mm增加至16 mm可使管道出口处的波像差RMS值从36.1 nm下降到21.4 nm,各阶像差均得到改善。研究结果能够为内通道部分管道设计和热效应评估提供一定的参考。     

强激光输出窗口热行为对光束质量的影响

为了研究强激光输出窗口热行为对光束质量的影响,从Strehl比的普遍公式出发,推导出热变形情况下考虑材料折射率温度效应的Strehl比计算公式和远场强度分布公式。计算并分析了蓝宝石、石英、单晶硅组成的窗口镜的热变形对光束质量的影响。激光功率越高,引起的窗口的热变形越显著,使得Strehl比和远场归一化强度越低,因而光束质量越差;在考虑到材料折射率的温度效应时,在相同的激光辐射条件下,蓝宝石的Strehl比随激光功率的变化较平缓。结果表明,高功率激光器的窗口热变形及其基片材料折射率的温度效应对远场光束质量具有较大的影响。