激光二极管抽运的激光器热透镜效应的研究

用激光二极管经光纤耦合和 GRIN透镜聚焦后抽运 Nd3 :YAG激光器 ,用非稳腔方法测量了 Nd3 :YAG晶体的等效热透镜焦距 ;同时 ,对描述热透镜效应的理论模型进行适当补充 ,使之适合于激活介质中抽运光半径随位值变化的情况 ,所得理论结果与实验结果随抽运功率的变化趋势相一致 ,同时二者也存在一定差距 ;分析了理论结果与实验结果存在差距的原因     

低热透镜效应的二极管泵浦固体激光器

二极管泵浦的基模固体激光器因热透镜效应,导致输出光束质量降低。尽管采用一维热传导的圆盘状激光器可以减小热透镜效应,但这种激光器依然存在横向热梯度,使晶体容易形变,影响光束质量。加拿大和美国的研究人员采用一种加压法成功地将热透镜效应降至最小,并提高了热断裂极限。     

Yb:YAG水冷薄片激光晶体热透镜效应及补偿方法研究

热透镜是限制激光器功率提升的重要因素,薄片 结构在散热方面有一定的优势,但在 高功率泵浦下热透镜效应仍是不能回避的问题。本文从热传导方程出发,借助有限元软件, 构建了水冷薄片激光器的模型,在300 W的泵浦功率条件下对薄片晶 体的温度分布、端面变形 量和激光器整机结构的应力分布进行了详细分析,在此基础上,分析了薄片晶体安装时的机 械应力对晶体热透镜的改善作用。对比补偿前后的分析结果可知,当热沉盖板中产生100 N的 正压力对薄片晶体的热变形进行补偿时,其薄片晶体的端面变形量小于未补偿时的变形量, Yb:YAG水冷薄片激光器的热透镜效应有了明显改善。此外,适当增加薄片晶体安装时产生正 压力的大小可以更好地改善激光器的热透镜效应。     

高功率激光二极管端面抽运复合晶体激光器的研究

在高功率激光二极管抽运固体激光器中,热效应已成为获得高输出功率和高光束质量的最大阻碍因素.用有限元方法研究了高功率激光二极管端面抽运Nd∶YVO4激光器中热透镜分布规律,提出了用复合晶体消除热透镜效应的方法.研究表明在端面抽运的传统单一Nd∶YVO4晶体激光器中,由于抽运功率密度很高,热透镜效应非常严重,由端面变形而造成的热透镜效应约占整个热透镜效应的50%;而采用复合晶体能够很好地消除由端面变形而造成的热透镜效应,同时得到很好的冷却效果,获得比采用传统单一晶体高出许多的基模输出功率和更好的光束质量.实验证明,采用复合结构晶体在23 W的抽运功率水平下得到了11 W的基模输出功率,光束质量因子M2 <1 5,光光转换效率达到48%.     

具有热透镜效应的LD端泵Z型腔的理论研究

由于采用大功率端面泵浦会在增益介质中产生热透镜效应,从而对激光器的运转产生严重的影响,本文利用端面泵浦固体激光棒有效热焦距的解析式得到谐振腔的稳区,并在考虑热透镜效应情况下对腔的参数和泵浦功率对稳区的影响进行讨论。     

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。     

光学谐振腔的图解设计方法(二)

在实际激光器中,我们不能不考虑腔内激活介质对高斯光束传播的影响。我们知道,腔内激活介质,在光泵或放电的作用下,都将不可避免地产生其间温度分布的不均匀性,或介质密度的不均匀性,由此引起介质内折射系数的不均匀分布。这时,激活介质将起一种类似于透镜的作用,因而影响腔内高斯束传播的特性和输出光束的特性。这种现象通常叫做热透镜效应。     

绿光输出达85W的全固态绿光激光器谐振腔研究

报道了对平均功率达85 W的高功率、高稳定性全固态绿光激光器谐振腔特性的研究,将高平均功率运转条件下的KTP倍频晶体的热透镜效应等效为一个薄透镜,利用ABCD传输矩阵,通过图解方法定性地讨论了KTP晶体的热透镜效应对谐振腔的稳定性和腔内激光模式的巨大影响,理论分析表明适当大小的倍频晶体热透镜焦距不但可以有效地补偿Nd:YAG棒的热透镜效应,而且对增大激光介质中的模体积和在倍频晶体处提高功率密度都有积极作用.实验中采用了80个20 W的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd:YAG棒、两个声光Q开关、高效平-凹谐振腔结构、对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配等技术,并通过对KTP晶体采取适当的冷却方式,最终实现了高功率内腔倍频激光器的高稳定性运转;在抽运功率约为1080 W时,实现了重复频率为20.4kHz,脉冲宽度230 ns,输出功率达85 W的高功率、高重复频率绿光(532 nm)输出,不稳定性仅为士1.03%.     

高功率光隔离器的热效应分析与优化

为提高光隔离器在高功率激光条件下的工作性能,基于琼斯理论研究了隔离器的热致退偏效应,设计了一种外置补偿晶体的隔离器,着重分析了隔离器隔离度及热透镜效应随入射光功率的变化规律。结果表明:通过调整氟化钙晶体的晶轴方向和长度,隔离器的热致退偏和热透镜效应可以得到有效抑制。在100 W激光条件下,外置补偿晶体后隔离度提高了16.3 dB,功率损耗降低8%。研究结果可优化设计隔离器结构,有效提升高功率隔离器的隔离度并减小功率损耗。     

一种LD泵浦`高效率连续Nd：YVO4激光器

Nd：YVO4晶体，具有发射截面大、吸收系数高和吸收光谱宽等特点，因而用它做增益介质的激光泵光阈值低和转换效率高，非常适合于二极管激光器（LD）泵浦．国内曾有在低功率LD泵浦情况下获得光学斜效率达60％、连续波1．064μm激光输出的报道．在大功率LD泵浦情况下，由于Nd：YVO4晶体热传导性能较差，因此将产生较强的热透镜效应，破坏腔的稳定性，光束质量变基，功率输出和转换效率都会下降。为尽量减小腔内热透镜效应的影响，我们在实验中除了进一步完善腔结构外，采用大尺寸低浓度掺杂的Nd：YVO4晶体。实验结果表明，这样的增益…     

激光二极管列阵抽运Nd:YAG/LBO大功率蓝光激光器

报道了激光二极管列阵(LDA)端面抽运全固体腔内倍频大功率蓝光激光技术的研究。采用复合Nd：YAG晶体作为增益介质，并利用半导体致冷器(TEC)对激光晶体的温度进行精密控制。倍频晶体采用Ⅰ类临界相位匹配方式切割的LBO晶体。谐振腔为Ⅴ型结构。根据大功率抽运条件下激光晶体热透镜效应严重，且热透镜的焦距会随着抽运功率的增大逐渐变短的特点，计算出最大抽运功率条件下激光晶体的热透镜焦距，依据此数据来优化谐振腔结构，使激光器实现最佳模式匹配和倍频效率，得到高效蓝光激光输出。在可吸收抽运功率为18．5W时，473nm蓝光激光输出功率为1．38w，抽运光-倍频光的光-转换效率为7．5％。     

纵向抽运准三能级Yb:YAG激光器的理论模型及实验研究

在激光谐振腔中,边缘冷却的激光晶体中存在着温度梯度分布,从而使激光晶体等效为一个热透镜.热透镜效应对固体激光器的性能影响很大.由于热透镜效应,振荡光光斑半径会随抽运光功率及激光谐振腔腔型结构的变化而变化,这将影响输出光功率的大小.在考虑振荡光光斑半径随抽运光功率及谐振腔变化的情况下给出了速率方程的表达式,并采用数值方法求解.由理论分析可知,输出光功率与抽运光功率及谐振腔腔型结构有关.在相同的抽运功率下,腔型不同输出光功率不同.采用930 nm纵向抽运,发射光波长1030 nm的准三能级Yb∶YAG晶体在三种不同腔型结构下进行实验,实验结果表明腔型结构对激光输出功率影响很大.实验结果与模拟符合较好.     

激光二极管端面抽运激光晶体的热效应

建立了激光晶体的热传导模型,通过求解泊松方程,得到激光晶体内温度和温度场分布,计算了由端面形变引起的光程差(OPD)和总的光程差,得到不同抽运功率下的热焦距,并通过实验进行了验证,实验结果与理论计算基本一致。当抽运功率为10 W,抽运光斑半径320μm时,Nd∶YVO4激光晶体端面形变引起的光程差占总的光程差的45%。抽运功率为24 W时,晶体热焦距为65.8 mm。提出激光晶体端面腔镜会加重激光晶体热透镜效应的结论。研究表明,对于大功率全固态激光器,由晶体端面形变引起的光程差对晶体热透镜效应有较大影响。对提高激光器的稳定性、研究晶体的热效应提供了理论依据。     

双端抽运双Nd:YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器。通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔。在双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%。结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性。     

二极管泵浦Yb：YAG激光器

在10年内,二极管泵浦Yb:YAG激光器的平均输出功率从23mW增长到1kW以上。在性能上已超过Nd:YAG激光器。由于Yb~(3+)激励离子的物理特性和柘榴石基质的固有的热物理特性决定其功率和光束质量。事实表明,在众多的二极管泵浦的固态激光器介质中,掺Yb钇铝柘榴石(Yb:YAG,Yb:LuAG)产生的能量最低。因此诸如透镜效应,应力双折射,晶体断裂等有害热     

若干固体激光腔的分析与评价

本文运用变换圆图解法对一些常用的中小功率固体激光器的谐振腔作一概要的分析;同时从谐振腔的热稳性、模式特性、紧凑性及激活介质的利用率等方面的优劣性给出评价。 一、变换圆图解法 在固体激光器中,由于激光棒内热透镜效应的存在,各种固体激光腔实际上是一些包含热透镜的复杂谐振腔。为了更好地分析这些复杂谐振腔,我们引入两种变换圆,用来描写高斯光束通过透镜时的变换关系。     

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。     

双端抽运双Nd∶YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器.通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔.在双端抽运双Nd∶YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56 W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%.结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性.     

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。     

一种光路呈角状螺旋形的固体激光器新方案

一种光路呈角状螺旋形的固体激光器新方案１．引言除ＣＯ２。激光器外，Ｎｄ：ＹＡＧ激光器是材料加工最重要的工业激光器，其激活介质是由气体放电灯泵浦。泵浦光对Ｎｄ：ＹＡＧ晶体加热和在其表面冷却，在介质中将产生温度梯度，其结果是产生压力并形成热透镜，限制了最...