一种测量端面抽运Nd-GdVO4晶体热透镜焦距的方法

在半导体激光端面抽运工作条件下,激光晶体会产生剧烈的热透镜效应.利用532nm激光作为探测光,观测探测光束通过晶体后的远场图像可以很好地评估热透镜效应程度大小.利用现有的热透镜理论结果建立了光束干涉模型,对远场光环现象进行了解释,并且分析得到了基于远场光环的热焦距计算公式.使用谐振腔稳定性法测量了热透镜焦距,并将测量结果与基于远场光环的热焦距计算结果作对比,验证了光线干涉模型的合理性及计算热焦距公式的准确性.     

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。     

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。     

CCD测量LD端面抽运Nd:GdVO4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膨因子及束腰大小,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。     

光电信号接收器尺寸对光学薄膜弱吸收测量的影响

基于表面热透镜技术搭建了光学薄膜弱吸收测量系统,使用不同功率的抽运光辐照样品,并通过光束质量分析仪记录经样品表面反射后的探测光强度的空间分布,以探测光强度最强点所对应的像素坐标为中心两边对称取多个像素点表示不同尺寸的接收器,从而分析不同尺寸光电信号接收器得到的光热信号强度。结果表明,随着接收器尺寸的增加,探测面积覆盖范围超过探测光束峰值区域,得到的光热信号与抽运光功率的比值逐渐偏离线性,从而引入的测量误差也就增大。因此,实际测量中应在保证测量极限的前提下尽量缩小探测器尺寸以提高测量的准确度。     

稳腔固体激光器运转时热透镜焦距的测量

给出一测量激光二极管 (LD)端面抽运固体激光器稳态运转时腔内激活介质热透镜焦距的简便方法。采用混合模类高斯光束描述激光器输出镜后的光场分布 ,通过一狭缝在不同位置横向扫描光场来测得光束的光斑尺寸和描述光束的质量因子M2 ,根据混合模类高斯光束传播规律推导出光束的束腰及在相同激光器参数下对应的基模高斯光束束腰的大小 ,由此利用稳定谐振腔标准传输矩阵理论可得到相应的激光介质的热透镜焦距。基于上述测量原理 ,对LD端面抽运Nd∶YVO4 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。     

激光二极管侧面抽运Tm,Ho:LuLiF激光器的热效应

报道了激光二极管(LD)三向侧面抽运Tm,Ho:LuLiF激光器热效应的实验研究.理论上计算了激光介质内抽运光强的分布,分析了不同抽运光束崾下,对抽运光强和均匀性的影响.利用有限元分析,模拟了抽运时介质内部温度分布轮廓图.将激光晶体热透镜效应作类透镜近似,进行实验测量.利用通过小孔的高斯光束光强变化,拟合出He-Ne光通过晶体前后的高斯光束形状;近似成高斯光束经薄透镜的变换,计算得出在抽运单脉冲能量3.3 J,脉冲重复频率10 Hz下,Tm,Ho:LuLiF晶体的热透镜焦距约为-2.3 m,实验结果与理论预测基本相符.     

一种利用像散腔测量热透镜焦距的方法

给出一种测量激光器稳定运转时增益介质中热透镜焦距的方法。像散腔在确定的腔型参数下,存在一个辅助透镜(等效为热透镜)使子午面和弧矢面内的光束参数相同,利用ABCD矩阵理论建立起此时的像散稳定腔腔长与辅助透镜的关系。按此腔型搭建谐振腔后,通过直接观察激光器输出光斑的形状就可获得腔长与抽运功率的关系;通过腔长建立起腔长、热透镜焦距与抽运功率的关系后,即可得到不同抽运功率下增益介质的热透镜焦距大小。     

热透镜不灵敏长脉冲绿激光腔的设计与分析

为了有效缓解闪光灯抽运长脉冲绿激光器中的热透镜效应,采用矩阵光学理论,通过高斯光束的矩阵变换,分析了灯抽运长脉冲激光棒的热透镜效应,并设计了热透镜不灵敏的V型谐振腔,进行了理论分析和实验验证,取得了良好的实验结果.结果表明,通过高斯光束的矩阵变换及模拟分析选择的参量是合适的,这一结果对于缓解激光器热透镜效应、提高大能量...     

Yb:YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量

为了提高二极管抽运Yb:YAG/YAG复合板条激光器的输出光束质量,研究了复合板条内的热透镜效应,分析了复合板条在宽度和厚度方向的热透镜焦距,以及热透镜对谐振腔模式的影响,设计了混合谐振腔,并对该谐振腔输出光束质量进行了分析。采用角抽运复合板条方法,实现了千瓦级Yb:YAG/YAG复合板条激光器连续运转。采用CCD照相法测量了输出激光的光束质量,在500W连续输出时,光束质量M2因子在板条宽度方向和厚度方向分别优于20和5。实验结果表明,在复合板条激光器中可以采用混合谐振腔获得较好光束质量的激光输出。     

阵列透镜测量仪的设计与应用分析

为了解决500mm以上大口径光束波前的实时测量问题,设计了一种波前测量系统,即透镜阵列测量仪,其最大优点是避免了现有的H-S波前传感器所面临的大口径缩束器的加工难题。介绍了该测量系统的组成结构及其测量原理,分析了测量系统在设计中的参数选择,并根据具体的系统参数讨论了测量系统的检测性能。在此基础上,利用数值模拟对1200mm口径光束进行了波前测量的仿真实验研究,分析了测量过程中系统标定对透镜阵列测量仪的作用。仿真实验表明,透镜阵列测量仪能够实现大口径光束的波前探测。     

Thermal lensing in diode-pumped ytterbium Lasers-Part I: theoretical analysis and wavefront measurements

A theoretical and experimental study of thermal lensing in Yb-doped crystals is presented. In this first part, we focus on theoretical considerations and we describe an original technique suitable for thermal lensing measurements in end-pumped materials. We first derive an expression of the temperature distribution with account of absorption saturation and pump beam divergence inside the crystal, and we address a more general discussion on the particularities of quasi-three-level lasers, as far as thermal effects and fracture issues are concerned. The thermal lens was then measured using a simple technique based on a Shack-Hartmann wavefront analyzer, under lasing and nonlasing conditions. We demonstrate that the technique allows precise wavefront measurements even on small spots. Thermal lensing measurements are finally presented in Yb-doped YAG, GGG, YCOB, GdCOB, KGW, and YSO crystals.     

Atmospheric thermal lensing in laser resonators

Atmospheric absorption degrades laser performance both by absorbing laser energy within the laser resonator, which increases the loss, and by inducing a thermal lens in the atmosphere. Atmospheric thermal lensing can be quite severe, even when the absorption coefficient is quite modest. A model is developed which describes atmospheric thermal lensing; time constants, which are associated with the establishment and decay of the atmospheric thermal lens, are determined; experiments are performed using an injection seeded Ti:Al ₂O₃ laser tuned to the H₂O absorption lines near 0.815 μm to validate the model; dependence of the atmospheric thermal lens on the laser energy and absorption coefficient were measured and found to agree with the model. In addition, the decay of the atmospheric thermal lens with time was measured and also found to agree with the model predictions     

1064 nm倍频波长分离膜的制备与性能研究

通过对主膜系添加匹配层并借助计算机对膜系进行优化，设计出结构规整、性能优良的1064ilm倍频波长分离膜。用电子束蒸发及光电极值监控技术在K9玻璃基底上沉积薄膜，将样品置于空气中在260℃温度下进行3h热退火处理。然后用Lambda 900分光光度计测量了样品的光谱性能；用表面热透镜(STL)技术测量了样品的弱吸收值；用调Q脉冲激光装置测试了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)。实验结果发现，样品的实验光谱性能与理论光谱性能有很好的一致性。退火前后其光谱性能几乎没有发生温漂，说明薄膜的温度稳定性好；同时退火使样品的弱吸收减小，从而其激光损伤阈值提高。理论和实验结果均表明，对主膜系添加匹配层的方法是1064nm倍频波长分离膜设计的较好方法。     

Detailed investigation of thermal effects in longitudinally diode-pumped Nd:YVO/sub 4/ lasers

An investigation of thermal lensing effects in longitudinally diode-pumped Nd:YVO/sub 4/ lasers is made in detail both numerically and experimentally. A finite-element model is used to theoretically simulate thermal lensing in various Nd:YVO/sub 4/ crystals and pumping scenarios. The predicted values for thermally induced lens strengths are compared with experimentally observed results. We find that these two sets of results are in broad agreement, provided that the spatial profile of the pump-induced heat generation is accurately modeled. The saturation of the pump absorption is found to be of particular importance in producing an accurate prediction of the thermal lens strength, and a composite structure of the crystals is desirable to relieve the thermal lensing.     

非高斯光束脉冲热透镜技术

将非高斯加热光束引入到模式不匹配的脉冲热透镜技术中,描述了非高斯加热光束热透镜技术的优点。实验研究了不同加热光束形状时热透镜信号的振幅和时间特性以及与实验参数的关系。实验结果显示在不同加热光束形状时都可通过使用近场探测构型和优化实验参数如探测距离提高热透镜技术的测量灵敏度,而通过使用远场探测构型则可消除实验参数对材料热性质测量的影响。     

激光强度时空分布测量漫散射取样衰减技术研究

激光强度时空分布的测量对于诊断与评估激光系统的性能具有重要意义,减少激光入射角度影响、对大尺度激光束进行高分辨力、高占空比取样是准确测量激光强度分布的关键,结合漫散射光分布与入射光方向无关的原理,提出了激光强度时空分布测量漫散射取样衰减方法,设计了漫散射取样衰减单元,建立了光强计算模型,推导了光强计算公式并进行了验证,光强衰减倍数实验结果与理论值一致。介绍了漫散射取样衰减装置与光电管阵列或CCD成像系统的组合应用。该方法的优点:空间取样分辨力高,可达2 mm左右;使用角度宽,可达30而不需要响应修正;占空比高,可达40%以上;衰减倍数范围大,可以通过调节衰减结构参数实现任意需要的衰减倍数。漫散射取样衰减为阵列探测器对大尺寸激光束进行取样和衰减提供了一种新方法,提高了激光强度分布测量能力和测量精度。     

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%.     

Investigating Transient Thermal Effects in Flash-Lamp-Pumped Heat Capacity Nd:YAG Rod Laser

Transient thermal effects induced in the laser medium under heat capacity (HC) mode of operation and its influence on the output laser performance is presented. Thermal loading and the resulting negative lensing effects are shown to be different under lasing and nonlasing conditions. Negative refractive power of laser rod affecting the laser resonator stability was observed to be the major cause for the decline in the output power in HC mode. An active resonator model based on measured thermal refractive power is discussed and impact of resonator design parameters on laser beam quality is investigated. An output power of 152 W in HC mode for a run time of 5 s has been obtained. Comparative performance results in conventional continuously cooled (CC) mode is also discussed to highlight the characteristic differences in the two operating modes. Nearly 2–3 times better output beam quality was obtained in HC mode as compared to CC mode.      

实现光学薄膜吸收损耗绝对测量的新方法

光学薄膜吸收损耗的绝对测量对光学薄膜的优化设计与应用至关重要,以光热失调技术实现光学薄膜吸收损耗的绝对测量为研究目的,采取连续激光加热的方式,理论与实验相结合,提出了一种利用反射率或透射率、温度变化和加热光功率之间的3个线性关系,实现吸收损耗绝对测量的方法。针对设计的高反射光学薄膜实验样品,获得样品对加热光功率的吸收率绝对值为1.64×10-2,并分析了影响测量精度的主要因素。研究表明,提出的方法可以实现光学薄膜吸收损耗的绝对测量,特别适合于具有较大反射率或透射率温度系数的样品,测量准确性依赖于样品表面温度理论模型的建立和实验测量的精度,研究结果为光热失调技术的进一步应用提供了理论和实验支持。