基于亥姆霍兹方程的有源非稳腔模式计算方法

提出了一种基于亥姆霍兹方程的有限差分方法用于有源非稳腔的模式计算.从理论上分析了光场传输的有限差分计算方法,并由此出发,建立了针对有源非稳腔模式的数值计算模型.基于这个计算模型,能够较为精确、快速地获得激光谐振腔输出的光场分布.分别给出了空腔条件下和非均匀增益条件下的数值模拟结果,前者还与用快速傅里叶变换法获得的数值模...     

光束变换环形孔径谐振腔的失调特性分析

光束变换环形孔径激光谐振腔(BCAR)是适用于环形增益介质的高性能谐振腔，已成功应用到高能连续波HF化学激光器中。建立了光束变换环形孔径激光谐振腔镜面倾斜及非共轴的数学模型，在此基础上，使用积分和差分结合的计算方法，计算了失调腔的输出光场近场分布，分析了束变换环孔腔在镜面失调情况下的模式特征，以及对远场传输能力的影响。计算结果表明，非共轴偏移和紧束段倾斜将使输出光场的相位分布呈现剪切、扭曲现象，并且沿偏移方向出现相位跳变；随偏移量的增大，相位畸变严重，远场传输能力下降。不同的偏移方向对于输出光场影响差别很小。两者相比，非共轴偏移对输出光场质量的影响更为严重，而紧束段倾斜的影响相对而言非常小，表现在相位分布的扭曲现象不明显，谐振腔的能量抽取效率变化微弱。     

基于传输矩阵的激光谐振腔模式计算

建立了激光谐振腔往返传输矩阵,通过求解往返传输矩阵的特征值与特征向量,获得了激光谐振腔模式特征.该方法可以用于快速计算同阶贝塞耳函数的所有谐振腔模式和衍射损耗,其结果与Fox-Li数值迭代方式计算结果完全一致.分别就对称谐振腔往返传输矩阵的A2与单程传输矩阵A的特征值及特征向量之间的关系和物理意义,以及非对称谐振腔往返传输矩阵AB与BA的特征值及特征向量之间关系和物理意义进行了分析和讨论,建立了数学表达式,并可以通过改变传输矩阵来提高计算效率.分析了对称共焦腔离散单元数量对光腔模式计算结果的影响,建立了最佳离散单元数量与谐振腔镜片半径的关系表达式,并实现了大菲涅耳系数共焦腔模式的计算.     

无机液体增益介质的热效应分析

无机液体激光器实现高平均功率运行的最大障碍是增益介质的热效应,采用流动冷却方式可以有效消除热沉积的累积效应,但会对增益介质的温度分布产生影响.基于流体的能量方程建立了无机液体激光器增益介质的温度分布模型,并针对二极管双侧横向泵浦的实际工作情况对模型进行了简化,计算了工作阶段增益介质的温度分布,并对影响温度分布的吸收系数和流速选择进行了讨论.计算结果表明,在单侧泵浦强度为1 kW/cm2时,液体流速为12 m/s可以控制增益介质的最大温升小于0.2 K.     

横流放电CO_2激光器的增益饱和参量及其变化

采用数值模拟计算与物理分析相结合的方法,给出了流动气体激光器的饱和增益代数表达式和增益饱和参量,并定性分析了影响器件性能的、一些因素和机制.     

基于矢量光场的VCSEL数值模型

提出了一种基于矢量光场的氧化层限制型VCSEL的数值模型,在综合考虑激光器中电场方程、热场方程、载流子方程的前提下,采用矢量方程对器件中的光场分布进行描述,计算表明所得结果能够更合理地反映器件实际的工作状态.文中还进一步将上述矢量场方程与传输矩阵法和时域有限差分法相结合,通过计算获得器件中光场的详细信息.     

基于矢量光场的VCSEL数值模型

提出了一种基于矢量光场的氧化层限制型VCSEL 的数值模型,在综合考虑激光器中电场方程、热场方程、载流子方程的前提下,采用矢量方程对器件中的光场分布进行描述,计算表明所得结果能够更合理地反映器件实际的工作状态.文中还进一步将上述矢量场方程与传输矩阵法和时域有限差分法相结合,通过计算获得器件中光场的详细信息.     

FFT模拟腔镜畸变情况下高能CO2激光器输出模场

为了研究横流气体激光器因谐振腔腔镜倾斜、中心热变形以及增益介质的横向流动而产生的非均匀增益对激光模场分布的影响,采用快速傅里叶变换算法模拟了高能CO2激光器的输出模场。结果表明,这些因素都会导致模场分布畸变。通过腔镜冷却、改善腔镜材料、增大反射率以及适当调节腔镜倾斜方向可改善非均匀增益对模场的影响。     

角锥棱镜谐振腔的本征偏振态

利用琼斯矩阵方法,对角锥棱镜谐振腔的本征偏振态特性进行了分析,首次发现在角锥棱镜腔激光器中存在两种彼此独立的本征偏振态,对于增益各向同性介质,这种本征偏振态为线偏振.该结果从理论上解释了角锥激光器输出光的相干特性.     

易于开启和维持自锁模的适度失谐腔克尔介质自锁模激光器

提出工作于谐振腔适度失谐时的克尔介质自锁模激光器易于开启和维持自锁模的理论。根据克尔镜锁模原理和动态可饱和高斯增益特性，利用激光传输矩阵理论，对系统进行了数值模拟计算，确证了最佳腔镜失谐角的存在．结论与已有的实验结果相符，并对它们赋予了新的合理解释。     

下一代固体激光器：陶瓷激光器

在未来的许多应用中,陶瓷激光增益介质将代替单晶介质,这被认为是固体激光器的一次真正的革命.文中评述了陶瓷增益介质的发展及其优点,介绍了美国空军和陆军研究实验室对陶瓷介质特性进行的较为系统的研究.最后评论和分析了目前美国正在研制的两种具有高束质的大功率陶瓷激光器及其关键技术.     

单纵模、波长可开关的线性腔光纤激光器

提出并实现了一种单纵模输出、波长可开关的光纤激光器.该激光器采用线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,利用980 nm抽运的掺铒光纤(EDF)作为增益介质,并且通过腔内另一段未抽运的掺铒光纤的饱和吸收效应来实现光纤激光器的单纵模运转;同时利用1×N光开关和N个并联的不同中心波长的光纤光栅(FBG)的选波作用,通过控制光开关的电压信号,实现N个输出波长的可开关功能.在90 mw的抽运功率下,获得了-0.5 dBm峰值功率,3.6 kHz线宽的单纵模激光输出;输出光的波长在控制电压的作用下可在1574.6 nm,1579.7 nm,1584.8 nm和1589.9 nm四个波长之间任意选择.     

主喷管总温对MGDL小信号增益系数的影响

在国内外数值模拟工作的基础上,建立了更加准确的"混合型气动CO2激光器(简称MGDL)"增益场计算程序。利用该程序,一方面研究了基于筛形喷管的混合型气动CO2激光器光腔中的小信号增益分布规律;另一方面着重研究了主喷管入口总温对基于筛形喷管的混合型气动CO2激光器小信号增益系数的影响规律。计算结果表明:当其他参数不变时,主喷管入口总温存在一个最佳值,使得光腔中的小信号增益系数最大;当主喷管入口总温小于这个最佳值时,随着主喷管入口总温的增加,光腔中相同位置处的小信号增益系数逐渐增大;当主喷管入口总温大于这个最佳值时,随着主喷管入口总温的增加,光腔中相同位置处的小信号增益系数逐渐减小。此外,分析了主喷管入口总温对小信号增益系数的影响机制。     

熔锥光纤倏逝场作用石墨烯双波长锁模掺镱光纤激光器

报道了利用熔锥光纤石墨烯饱和吸收体实现1μm波段的双波长锁模掺镱光纤激光器(YDFL)。利用光学诱导沉积法,将水溶液中的石墨烯纳米复合物在光倏逝场的作用下沉积至熔锥光纤的锥腰部位。该石墨烯熔锥光纤器件作为可饱和吸收锁模部件具有制作灵活、全光纤结构以及高损伤阈值等优点。基于该器件的可饱和吸收及腔内双折射滤波特性,通过调节偏振控制器优化激光腔内偏振特性,实现了稳定的YDFL双波长锁模。该激光器的两个锁模波长分别为1034.77nm和1038.85nm,二次谐波锁模重复频率为1.09MHz,腔内单脉冲能量最大可达35nJ。     

基于石墨烯的掺铒光纤锁模激光波长切换技术

报道了一种基于石墨烯锁模的全保偏掺铒光纤环形短腔实现锁模激光波长切换技术。利用多层石墨烯可饱和吸收镜不仅可实现被动锁模脉冲序列的稳定输出,并可通过三维精密调节,调制腔内信号损耗,有效控制不同波长激光的增益与损耗。实验表明,通过精密调制10层石墨烯膜可饱和吸收镜,在全保偏光纤激光短腔可实现波长1532 nm和1558 nm 处的锁模激光切换输出,并可实现这两波长附近的双波长锁模激光输出,线偏振度可达18 dB。     

基于单壁碳纳米管可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器研究

基于单壁碳纳米管(SWCNTs)作为光学可饱和吸收体(SA)的恢复时间快(<1ps)、饱和光强低、锁模自启动、工作光谱范围宽且制备方法简单、成本低、化学稳定性好、易与光纤兼容等优点,利用SWCNTs-SA实现了稳定脉冲序列输出的实验结果。利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)易成膜且机械性能良好的特点,将SWCNTs与PMMA一起分散在二氯化苯(DCB)溶液中,运用光学诱导作用将SWCNTs吸附在单模光纤(SMF)端面,并加热固化成膜。在光纤激光器环形腔结构中引入SWCNT/PMMA薄膜作为SA,获得了具有稳定的重复频率为8.366MHz的基频锁模脉冲序列,其中心波长在1 562nm,脉冲宽度为1.2ps。     

高功率激光对光电器件的热-力破坏效应

热-力破坏效应是导致光电器件激光损伤的重要因素.以激光与材料相互作用机理为基础,建立了激光辐照光学材料、光电器件的热-力学模型,并对其温度场分布和热应力场分布进行了解析求解.在此基础之上,对激光对K9玻璃、类金刚石薄膜、胶合透镜和HgCdTe探测器的热-力破坏效应进行了数值分析和实验研究.     

ANSYS在高功率横流CO2激光器流道温度场分析中的应用

本文采用有限元方法建立了高功率横流CO2激光器流道温度场数学模型,利用ANSYS再现了激光器稳定工作状态下流道温度场分布,提供了测定流道内部温度的新途径。     

Polarization properties of vertical-cavity surface-emitting lasers

Polarization-state selection, polarization-state dynamics, and polarization switching of a quantum-well vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) for the lowest order transverse spatial mode of the laser is explored using a recently developed model that incorporates material birefringence, the saturable dispersion characteristic of semiconductor physics, and the sensitivity of the transitions in the material to the vector character of the electric field amplitude. Three features contribute to the observed linearly polarized states of emission: linear birefringence, linear gain or loss anisotropies, and an intermediate relaxation rate for imbalances in the populations of the magnetic sublevels. In the absence of either birefringence or saturable dispersion, the gain or loss anisotropies dictate stability for the linearly polarized mode with higher net gain; hence, switching is only possible if the relative strength of the net gain for the two modes is reversed. When birefringence and saturable dispersion are both present, there are possibilities of bistability, monostability, and dynamical instability, including switching by destabilization of the mode with the higher gain to loss ratio in favor of the weaker mode. We compare our analytical and numerical results with recent experimental results on bistability and switchings caused by changes in the injection current and changes in the intensity of an injected optical signal     

内腔倍频被动调Q Nd:YVO4/KTP绿光的脉宽控制

分别改变饱和吸收体在激光腔内的位置及抽运光的束腰在激光晶体中的位置，实现了对激光二极管（LD）抽运Nd：Nd：YVO4／KTP腔内倍频Cr^4＋：YAG被动调Q绿光的脉宽控制。在抽运功率1．52w的条件下，脉冲宽度可以控制在388～616ns之间，同时获得了激光脉冲的重复频率、单脉冲能量及峰值功率的变化范围分别为4．4～26．3kHz，0．52～4．19μJ和1．0～7．2w。考虑腔内光子数密度的高斯空间分布以及抽运光的空间分布，给出了描述调Q激光器工作原理的耦合速率方程组，其数值解与实验结果相符。