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。     

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.     

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.     

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。     

三镜直腔结构MgO∶PPLN高效连续光参量振荡器

为了优化MgO:PPLN连续光参量振荡器(OPO)的输出特性,对三镜直腔结构的内腔式OPO系统进行腔结构设计,对其同时输出高效的信号光和闲频光进行研究。采用半导体激光端面抽运Nd:YVO4晶体实现连续的1064 nm激光为基频光。对比分析了基频激光腔和OPO腔各腔镜分别采用平面镜或平凹镜的三种腔型结构的激光输出特性。基于30.5 μm的极化周期和12.4 W入射抽运功率时,获得了最高输出功率3.92 W（信号光2.6 W和闲频光1.32 W）,转化效率31.6%的激光输出,对应的信号光和闲频光的中心波长分别为1549 nm和3394 nm。结果表明三个腔镜均采用平凹镜时,可有效的压缩基频激光腔在MgO:PPLN晶体上的光斑,提升基频激光的功率密度,而且基频激光腔和OPO腔的基模光斑在MgO:PPLN晶体上更好的匹配,从而提升变频效率。     

全固态355 nm连续紫外激光器的优化设计

通过优化腔型设计, 实现了LD端面抽运Nd:YVO₄腔内三次谐波转换全固态连续355 nm紫外激光器高效率输出。选用平-凹腔结构并考虑到Nd:YVO₄晶体的热透镜效应、模式匹配、倍频晶体位相匹配等因素对输出功率的影响,对谐振腔长进行了详细的分析计算。在激光谐振腔内, 1 064 nm的基频波经KTP晶体倍频产生532 nm激光,二者再经LBO晶体和频获得了355 nm紫外激光。当LD抽运功率为3 W时,355 nm连续紫外激光输出功率达6.4 mW。与折叠腔进行比较,发现在小功率抽运情况下,直腔结构紧凑、易于调节、输出功率较大。     

V型腔激光器倍频晶体长度分析和实验研究

根据倍频光转换效率公式和腔内倍频的稳态条件,推导倍频光功率密度的最大值和最佳倍频晶体长度的表达式,计算了当腔内损耗为5%,以Nd:YVO4和Nd:YAG为激光晶体时KTP晶体的最佳长度,分别采用Nd:YAG和Nd:YVO4为激光晶体进行实验。在Nd:YVO4/10mmKTP实验中,当泵浦光为15W时,获得了2.67W绿光输出,光-光转换效率达17.8%。     

LD端面泵浦的高输出单频Nd:YVO4绿光激光器

用激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd:YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出.在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%.在腔内插入Cr4 :YAG晶体,又获得了脉宽为100ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出.     

LD端面泵浦的高输出单频Nd∶YVO_4绿光激光器

用激光二极管(LD)抽运Nd∶YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd∶YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出。在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%。在腔内插入Cr4+∶YAG晶体,又获得了脉宽为100 ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出。     

激光二极管阵列侧泵浦Nd:YAG板条热效应的研究

为了解决激光二极管阵列侧面泵浦激光板条引起的热效应问题,对于激光板条温度模式分布进行了研究。通过激光板条工作特点分析,建立了符合实际情况的热模型。基于热传导理论,建构了Poisson方程新的求解方法,得出了侧泵板条温度场与热形变场的一般解析表达式。该解析方法不仅解决了将板条内部热流线径向假设造成的温场计算误差问题,而且解决了数值分析方法带来的计算精度不高的问题。研究结果表明：使用输出功率为30W的激光二极管阵列侧面泵浦Nd:YAG板条,考虑耦合到板条侧面的高斯光斑半径为150μm、板条钕离子掺杂质量分数为1.0at.%,板条泵浦面具有102.3 oC的最高温升,泵浦面与通光端面同时发生1.54μm和2.66μm的最大热形变。并定量研究了激光二极管阵列不同泵浦功率以及不同泵浦光斑下Nd:YAG板条温度场的分布情况。研究结果可以用于侧泵板条激光器谐振腔的设计之中,为减小激光系统的热效应提供了理论依据。     

6.5W LD泵浦914 nm钒酸钇激光器

掺钕钒酸钇作为一种重要的激光增益介质,以其受激发射截面大、对809 nm波长存在很强的宽吸收带、偏振发射等优点,在LD端面泵浦全固态激光器中得到了广泛的应用,其中比较有应用价值的受激发射谱线为1 064 nm,1 342 nm和914 nm。由于914 nm谱线属准三能级结构,以及钒酸钇晶体较低的热导率,限制了其向大功率方向的发展。研究了一种具有较高效率的大功率钒酸钇连续输出激光器,通过采用简单的折叠腔设计和对腔镜镀适当的介质膜,抑制了波长为1 064 nm和1 342 nm的高增益谱线。当泵浦功率为29W时,输出功率高达6.5W,斜效率为37.9%,光光转换效率为22.4%.     

1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd:YVO4激光器

研制了一种由激光二极管阵列端面泵浦的Nd:YVO4晶体腔内双波长和频连续波大功率橙黄光激光器.利用I类临界相位匹配LBO,由1 064 nm和1 342 nm内腔和频获得了593 nm橙黄激光.在12 W注入泵浦功率下,获得了1.1 W的TEM00模和低噪声橙黄激光输出,光光转换效率为9.2%,M2因子＜1.2,4 h功率不稳定度＜±2%.该输出功率是目前腔内和频593 nmNd:YVO4激光器中最高的.     

LD泵浦固体激光器驱动倍频输出系统调制噪声的研究

阐述了一具体实验现象 :LD泵浦掺钕矾酸钇固体激光器输出激光再驱动 ( KTP)倍频晶体产生倍频绿激光输出的系统 ,存在严重噪声 ,但可通过改变入射角 ,用对应的特定频率调制 ,使噪声降至很小     

全固态589 nm复合腔连续波和频激光器

给出了一种复合腔结构和频激光器,用2台激光二极管阵列(LDA)经过光纤耦合分别单独端面抽运Nd:YVO₄和Nd:YAG晶体,其中Nd:YVO₄和Nd:YAG晶体所选择的能级跃迁分别为⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2,其对应激光跃迁波长分别为1 064 nm和1 319 nm,两基频激光束分别在两个子谐振腔中振荡,在其交叠区利用KTP II类临界相位匹配(CPM)进行腔内和频,获得了589 nm的和频激光。当抽运功率为8 W/14 W时获得了340 mW连续波TEM₀₀黄激光输出。光束质量因子M²<1.2,激光输出功率噪声低,4 h功率不稳定度小于±3％。该复合腔结构是实现LDA泵浦589 nm全固态黄光激光器一种有效的和频方法。     

LD泵浦Nd:YVO4激光器的测距应用

将ＬＤ泵浦的Ｎｄ：ＹＶＯ４激光与连续波频率调制技术相结合、提出一种绝对距离测量新方案。小尺寸的Ｒｄ：ＹＶＯ４晶体提高了光源的时间相干性,这一点对于长距离测量有重要意义。通过引入补偿通道,消除ＰＺＴ非线性调制的影响。实验结果证明了该方案的可行性。