激光二极管阵列侧泵浦Nd：YAG板条的热效应

为解决激光二极管阵列侧泵浦激光板条引起的热效应问题,通过对侧泵浦板条温度场与热形变场分布的解析研究以及对激光二极管阵列侧泵浦激光板条工作状态的分析,建立了符合实际情况的热模型,提出了求解Poisson方程的新方法,得到了侧泵浦板条温度场与热形变场的一般解析表达式.以Nd:YAG板条为例,分析了侧泵浦Nd:YAG板条温度场、热形变场的分布情况.并结合全固态激光器的设计需要,定量研究了激光二极管阵列取不同泵浦功率与不同泵浦光斑时Nd:YAG板条的温度场分布情况.计算结果表明:使用输出功率为 30 W的激光二极管阵列侧面泵浦Nd:YAG板条,若耦合到板条侧面的高斯光斑半径为150 μm、板条钕离子掺杂质量分数为 1.0%时.板条泵浦面具有102.3 ℃的最高温升,泵浦面与通光端面产生 1.54 μm和2.66 μm的最大热形变量.激光板条温度场解析方法解决了使用数值分析法造成研究精确度不高的问题,该方法还可以应用到激光系统的其他热问题研究中,为减弱激光系统中的热问题提供理论依据.     

端面泵浦热传导各向异性激光棒的温度场

为了解决LD端面泵浦热传导各向异性激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、侧面冷却的Nd:YVO_4晶体热模型.考虑到Nd:YVO_4为热传导各向异性材料,而光纤耦合LD输出光束有超高斯分布的特点,利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面泵浦热传导各向异性激光介质温度场的一般解析表达式,并定量分析了超高斯泵浦光阶次、泵浦功率以及光斑尺寸对Nd:YVO_4晶体温度场的影响.研究结果表明,若LD输出功率为50 W,光学聚焦耦合器的传输效率为82%,用四阶超高斯光束端面泵浦掺钕离子质量分数为0.5%的Nd:YVO_4晶体时,泵浦面可获得528.95 ℃的最大温升.所得结果可用于LD端面泵浦热传导各向异性激光介质全固态激光器热稳腔的设计,对于提高激光器性能具有理论指导作用.     

端面泵浦热传导各向异性激光棒温场特性研究

了解决LD端面泵浦热传导各向异性激光介质产生的热效应问题,建立了端面绝热、侧面冷却的Nd:YVO4晶体热模型。考虑到Nd:YVO4为热传导各向异性材料,而光纤耦合LD输出光束有着超高斯分布的特点,利用特征函数法和常数变异法得到了超高斯光束端面泵浦热传导各向异性激光介质温度场的一般解析表达式。并定量分析了超高斯泵浦光阶次、泵浦功率以及光斑尺寸对于Nd:YVO4晶体温度场的影响。新的各向异性介质热传导方程求解方法具有计算量小、精度高等特点。研究结果表明：若LD输出功率为30W,光学聚焦耦合器的传输效率为82%时,4阶超高斯光束端面泵浦掺钕离子质量分数为0.5%的Nd:YVO4晶体,泵浦面获得528.95C的最大温升。所得结果可用于LD端面泵浦热传导各向异性激光介质全固态激光器热稳腔的设计之中,对于提高激光器性能具有了理论指导作用。     

YVO4-Nd:YVO4复合晶体热效应研究

在全固态激光器中使用了复合结构的激光晶体,通过端面泵浦复合晶体工作特点分析,提出了矩形截面复合晶体热分析模型。在热模型中,考虑了复合晶体具有轴向加热、周边恒温,耦合后的泵浦光束具有高斯分布的特点。利用热传导方程,得出了YVO₄-Nd:YVO₄复合晶体内部温度场及端面热形变的一般解析表达式。研究结果表明,若用输出功率为20 W的激光二极管端面泵浦YVO₄-Nd:YVO₄复合晶体(其中复合晶体中YVO₄晶体长为2 mm,Nd:YVO₄晶体长为6 mm,钕离子掺杂质量分数为0.5%),泵浦光斑为0.2 mm时,复合晶体内最大温升为324.5 ℃,泵浦端面具有3.61 mm的热形变量。在相同泵浦条件下,采用复合晶体替代Nd:YVO₄晶体,可将其最大温升降低23.4%,这对于消弱激光晶体热效应的影响,解决激光二极管端面泵浦激光晶体引起的非均匀温升以及热折裂问题,提高激光器性能有着重要的意义。     

激光分布对抽运Nd:YVO4晶体热效应的影响

以解析各向异性分析理论为基础,研究矩形横截面Nd:YVO4激光晶体受到超高斯分布LD端面抽运时,激光晶体温度场分布和晶体抽运面热形变分布。通过激光晶体工作特点分析,考虑了激光分布和激光光束半径变化,建立了符合激光晶体工作状态的热模型。利用各向异性介质热传导方程的一种新求解方法,得出了矩形截面Nd:YVO4晶体的温度场、端面热形变场的通解表达式。研究结果表明：当使用输出功率为15W半导体激光器（超高斯阶次为1）端面中心入射Nd:YVO4晶体（晶体掺钕离子质量分数为0.5%）时,在抽运端面中心获得243.8C最高温升和1.99m最大热形变量,与实验结果一致。这种方法可以应用到其它激光晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

无蜡上盘加工Nd:YAG激光晶体板条

本文以No.2,BⅢθ20″Nd:YAG激光板条为例,介绍了无蜡上盘加工Nd:YAG激光晶体板条的加工方法,通过对上盘工艺的改进,有效地去除了胶结变形、热变形对零件面型的影响,解决了由于胶结上盘,下盘后板条面型变化的问题,本方法也适用于其他材质的大直径薄形光学零件的加工。     

在1.319μm产生122W连续波功率由二极管泵浦的Nd：YAG激光器

报导了振荡于1.319μm波长上的高功率二极管泵浦的Nd:YAG激光器，122W连续波（CW）激光束的M^2因子达到了35，光效率为19．6％，在1．319μm处，包括热透镜效应在内的一些激射特性，与在1．06μm的情形相当，与非激射条件相比，在激射条件下1．319μm处的热透镜应的焦距减小25％，在1．06μm处则增加了15％，根据这些实验结果，并相对于高激光能级上非辐射跃迁，讨论了Nd:YAG棒的热损耗。     

三镜折叠腔绿光激光器热特性分析和实验研究

为了提高固体激光器的热稳定性和光斑质量,讨论了LD泵浦三镜折叠腔绿光激光器的热焦距与泵浦功率、激光晶体长度、泵浦光发散角以及泵浦光聚焦位置的关系.利用谐振腔内往返传输矩阵算法,计算了在不同热焦距下,腔内元件不同长度时,其上的基模半径,理论上很好地实现了输出光斑的像散补偿.在532nm绿光实验中,以Nd∶ YVO4为增益...     

大功率半导体激光器应用的若干问题研究

主要致力于探索半导体激光及其泵浦的固体激光器在实际应用中的推广，具体包括：半导体激光的热稳定、波长稳定性及功率稳定性；激光二极管列阵多光束组合式光学耦合系统；端面泵浦各向异性介质的热效应模型；半导体泵浦的输出损耗电光调制的多功能激光技术。     

四程抽运Yb:YAG盘式激光器

报道了激光二极管阵列(LDA)抽运Yb:YAG盘式激光器。Yb:YAG晶体掺杂浓度10-at.%,几何尺寸为Φ10mm×300μm,采用铟焊工艺将其焊接到水冷系统上,用可调式恒温水箱对其进行温度控制。利用蒙特卡罗方法对抽运光斑的大小进行了计算,将反射镜轴向与光纤头轴向夹角控制在120以内,以使抽运光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则。使用两个Φ=30mm,R=50mm的球面反射镜,完成了四程抽运。在LDA抽运功率为4.13W时,获得了最高功率为670mW的1030nm连续激光输出,光-光转换效率为16.2% 。     

Thermal and stress analyses in an end-pumped Nd:YAG slab laser using finite element method

The increasing application on high laser power in industries required studies in the portion of pump radiation absorbed by laser media that exchanges to heat. Heat may cause thermal stress, stress birefringence and thermal lens effects. These effects can destroy the optical properties of the laser medium, decrease the beam quality and may lead to medium break. In this paper, the thermal and stress analyses of continuous and pulsed end-pumped Nd:YAG slab laser are studied using finite element method. Heat deposited in the slab is removed by cooling water, flowing on the largest faces of the slab, which surrounds the active media. The temperature and stress distributions of the end-pumped Nd:YAG slab are defined by coupled field methods in the ANSYS commercial finite element software. The value of maximum temperature and stress in the slab which is affected by an end-pumping are calculated. Finally the maximum pump-power range which can be applied to the slab is determined using the limit of maximum stress in the slab. The analyses are done in from transient to steady-state regimes for continuous pumping. Results show that deposited heat due to the pulsed pumping acts like a mechanical impact.     

毫秒激光金属打孔的解析和实验

研究了用毫秒脉宽的长脉冲激光单个脉冲打深孔的成形过程和打孔速率.首先,由切割法得到了1 ms脉宽的Nd:YAG高斯激光对厚铝板打孔时孔的形貌,激光能量为7.9和28.9 J时,对应的孔深分别为1.849和2.975 mm.根据实验建立了轴对称模型,通过热传导方程得到了固相温度的解析解.然后,假设物质一旦熔融就离开孔,由...     

Development of controlled Nd:YAG laser for medical applications

Several medical fields are concerned with applications of thermal lasers such as neodymium-doped, yttrium aluminum garnet (Nd:YAG), argon, and CO2. However, quantification of the necrotic volume of Nd:YAG laser-induced damage is not possible at the time of treatment. Mathematic models and feedback control can help to optimize Nd:YAG laser treatments. We therefore formulated mathematic models for coagulation processes and developed an intelligent Nd:YAG laser system with closed-loop feedback control. Surface temperature evolution proved to be valuable data for real-time control of coagulation and ablation. Infrared thermometry provided the noncontact measurement of temperature. A computer stored the temperature data calculated by the mathematic model. Deviations of surface temperature during the treatment beyond established tolerances causes the Nd:YAG laser system to adjust the laser power automatically.     

垂直腔面发射激光端面泵浦的高能量调Q Nd:YAG激光

采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比,垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点,更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时,产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出,光光转换效率达到22.5%,激光脉宽为8 ns,发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度,通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益,从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡,为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。     

Measuring solid-state quantum yields: The conversion of a frequency-doubled Nd:YAG diode laser pointer module into a viable light source

This article outlines the difficulties associated with measuring quantum yields for solid-state samples using a high-pressure mercury arc lamp as the irradiation source. Details are given for the conversion of an inexpensive frequency-doubled neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG) diode laser pointer module into a viable irradiation source. The modified Nd:YAG laser was incorporated into a computer-controlled system, which allowed for the simultaneous irradiation and spectroscopic monitoring of the sample. The data obtained with the Nd:YAG diode laser system show far less scatter than data obtained with a high-pressure Hg arc lamp, and consequently the degradation rates obtained with the laser system could be calculated with far greater accuracy.