Nd∶GdVO4 和Nd∶YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd∶GdVO4晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd∶Gd-VO4固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd∶YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd∶GdVO4晶体的输出特性优于Nd∶YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

Nd:GdVO4和Nd:YAG全固态激光器输出特性的比较

文中基于Nd：GdVO4晶体的能级结构和速率方程理论,对激光二极管端面抽运Nd：Gd．VO4固体激光器的输入输出特性参数进行了理论研究。通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内固有损耗和输出镜透过率的最佳值,并通过与激光二极管抽运Nd：YAG固体激光器的输出特性进行比较,获得了在相同条件下Nd：GdVO4晶体的输出特性优于Nd：YAG晶体的高功率端面抽运的全固态激光器,其理论值与实验结果一致。     

Nd:YVO4和Nd:YAG全固态激光器输出特性的比较分析

基于Nd：YVO4晶体的能级结构和速率厅程，对激光二极管端面抽运Nd：YVO4同体激光器的输入输出特性参量进行了理论研究。并通过数值计算得到了其振荡光的光斑与抽运光斑的匹配程度、增益介质的长度、腔内同有损耗和输出镜透过率的最佳值，并通过与激光二极管抽运Nd：YAG同体激光器的输出特性进行比较，获得了在相同条件下Nd：YVO4晶体的输出特性优于Nd：YAG晶体的高功率端面抽运的全同态激光器，其理论值与实验结果相吻合。     

879nm直接抽运提高Nd∶GdVO_4激光器性能

激光二极管(LD)大功率端面抽运固体激光器(DPSSL)中的热效应会影响到激光器的各个方面,使得激光输出效率下降,光束质量变坏、谐振腔的稳定性变差等。采用新波段879 nm取代808 nm,将粒子直接激励到激光发射上能级,降低无辐射弛豫过程产生的热量,有效地减少热的产生,降低激光二极管端面抽运Nd∶GdVO4晶体的热效应,获得更高性能的激光输出。在相同条件下通过879 nm激光二极管直接端面抽运及808 nm激光二极管间接端面抽运Nd∶GdVO4激光器的实验比较,结果表明,在较高抽运功率下采用879 nm抽运提高了Nd∶GdVO4激光器的激光输出性能。最后采用879 nm激光二极管端面抽运Nd∶GdVO4晶体棒直线腔方案,在16.3 W的吸收抽运功率下,获得最大连续输出功率9.8 W的TEM00模1063 nm激光输出,对吸收抽运光的光-光转换效率高达60.1%,斜率效率达68.4%。     

激光二极管端面抽运Nd∶YVO4固体激光器热致光束畸变非对称的平衡

由于a轴切割Nd∶YVO4晶体的非对称性,使得激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4固体激光器不同于Nd∶YAG激光器,输出的激光经常产生非对称结果。用有限元法分析激光二极管端面抽运a轴切割Nd∶YVO4固体激光器的晶体热效应,包括温度分布、内部应力和产生的形变。分析结果表明端面抽运a轴切割Nd∶YVO4晶体产生了椭球热透镜效应。从结构方面和抽运方面提出了热透镜非对称性的平衡方法,实验验证了方法的可行性。     

Nd:GdVO4/KBBF全固态激光器的相位匹配特性分析

基于Nd：GdV04的能级结构和速率方程，对激光二极管抽运的Nd：GdVO4固体激光器的输入输出特性进行了理论研究。通过数值计算了泵浦光斑和振荡光斑大小对输出功率和振荡阈值功率的影响，并与Nd：YVO4和Nd：YAG晶体进行了比较。理论上计算了Nd：GdVO4／KBe2Be3F2（KBBF）的相位匹配特性，并与CsLiB6O10（CLBO）和β-BaB2O4（BBO）进行了比较。所得结果对该类器件参数优化具有参考价值。     

879 nm直接抽运提高Nd:GdVO4激光器性能

激光二极管(LD)大功率端面抽运固体激光器(DPSSL)中的热效应会影响到激光器的各个方面,使得激光输出效率下降,光束质量变坏、谐振腔的稳定性变差等.采用新波段879 nm取代808 nm,将粒子直接激励到激光发射上能级,降低无辐射弛豫过程产生的热量,有效地减少热的产生,降低激光二极管端面抽运Nd:GdVO4晶体的热效应,获得更高性能的激光输出.在相同条件下通过879 nm激光二极管直接端面抽运及808 nm激光二极管间接端面抽运Nd:GdVO4激光器的实验比较,结果表明,在较高抽运功率下采用879 nm抽运提高了Nd:GdVO4激光器的激光输出性能.最后采用879 nm激光二极管端面抽运Nd:GdVO4晶体棒直线腔方案,在16.3 W的吸收抽运功率下,获得最大连续输出功率9.8 W的TEM00模1063 nm激光输出,对吸收抽运光的光-光转换效率高达60.1%,斜率效率达68.4%.     

主动调Q内腔式Nd:YAG/GdVO4拉曼激光器

研究了激光二极管(LD)端面抽运的主动调Q内腔式Nd∶YAG/GdVO4拉曼激光器的激光特性,测量了不同抽运功率和脉冲重复频率条件下的平均输出功率和脉冲宽度.当注入的抽运功率为[7.44 W,脉冲重复频率为20 kHz时获得的1174.5 nm拉曼光的最大平均输出功率为1.3 W,对应的光-光转换效率为17.4%;当注入抽运功率为6.8 W,脉冲重复频率为[15 kHz时获得的1174.5 nm拉曼光的最大单脉冲能量为74.4 μJ.与Nd∶GdVO4自拉曼激光器进行实验比较和分析,实验结果表明主动调Q内腔式Nd∶YAG/GdVO4拉曼激光器可以获得比Nd∶GdVO4自拉曼激光器更高的平均输出功率和转换效率.     

激光二极管端面抽运Nd:YVO4固体激光器热致光束畸变非对称的平衡

由于a轴切割Nd:YVO4晶体的非对称性,使得激光二极管(LD)端面抽运Nd:YVO4固体激光器不同于Nd:YAG激光器,输出的激光经常产生非对称结果.用有限元法分析激光二极管端面抽运a轴切割Nd:YVO4固体激光器的晶体热效应,包括温度分布、内部应力和产生的形变.分析结果表明端面抽运a轴切割Nd:YVO4晶体产生了椭球热透镜效应.从结构方面和抽运方面提出了热透镜非对称性的平衡方法,实验验证了方法的可行性.     

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。     

端面抽运矩形截面Nd∶GdVO_4晶体热效应研究

以解析分析理论为基础,研究矩形横截面Nd∶GdVO4晶体受到具有高斯分布的端面中心入射时,激光晶体温度场分布情况和晶体抽运面热形变分布情况。通过对半导体激光端面入射Nd∶GdVO4激光晶体工作特点分析,建立了符合激光晶体工作状态的热模型,利用热传导方程(泊松方程)的一种新求解方法,得出了矩形截面Nd∶GdVO4晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式,同时对影响激光晶体温度场分布的各种因素进行了定量研究。研究结果表明,当使用输出功率为15W的半导体激光器端面中心入射Nd∶GdVO4晶体(晶体掺钕离子原子数分数为1.2%)时,在抽运端面中心获得189.0℃最高温升和1.37μm最大热形变量。这种方法还可以应用到其他激光晶体热问题研究中。     

激光二极管端面抽运圆形截面Nd∶GdVO_4晶体的热形变

以解析分析理论为基础,研究圆截面Nd∶GdVO4激光晶体受到具有高斯分布半导体激光端面中心入射时,晶体温度场分布和抽运面热形变分布情况。通过对激光二极管(LD)端面入射晶体工作特点分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程新求解方法,得出了圆形截面Nd∶GdVO4晶体温度场分布和端面热形变场通解表达式,对比分析了圆形截面和矩形截面Nd∶GdVO4晶体的热形变。研究结果表明,当使用输出功率为15 W激光二极管端面中心入射Nd∶GdVO4激光晶体时,在抽运端面中心获得187.5℃最高温升和1.313μm最大热形变量。两种截面晶体具有相同的热形变形状,当截面尺寸不太大时,如果圆形截面晶体的半径等于矩形截面晶体半边长,最大热形变量将减少4.1%。这种方法还可以应用到其他圆形截面晶体热问题研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

光纤耦合LD端面抽运Nd:GdVO4晶体材料热效应分析

为了研究半导体激光器端面抽运激光晶体产生的热效应问题,采用解析分析的方法研究端面抽运激光晶体的温升以及热形变量的大小.通过激光晶体工作特点分析,考虑到Nd:GdVO4晶体热传导各向异性的特点,采用各向异性传热的Poisson方程,得出了超高斯光束端面抽运Nd:GdVO4晶体温度场以及热形变场的一般解析表达式.并定量分析了超高斯光束不同阶次、不同光斑尺寸抽运时对于Nd:GdVO4晶体温度场以及热形变场的影响.结果表明,若半导体激光器的输出功率为30W,光学聚焦耦合器传输效率为8%,阶超高斯光束沿中心端面抽运掺钕离子原子数分数为0.012的Nd:GdVO4晶体,抽运面可获得419.3℃的最大温升,并产生0.711m的热形变.该结果对估算Nd:GdVO4晶体热焦距变化范围以及进行热不敏谐振腔设计具有理论指导作用.     

LD端面抽运变导热系数Nd:YAG晶体热效应

为了计算二极管抽运Nd∶ YAG晶体温度场及热形变场,建立了端面绝热、周边恒温的晶体热模型.基于Nd∶ YAG晶体导热系数及热形变系数与其温度的函数关系,应用Newton切线法对热传导方程进行求解,得到了变导热系数和变热形变系数矩形截面Nd∶YAG晶体端面抽运下的温度场和热形变场的一般表达式,同时计算了Nd∶ YAG晶体在不同抽运功率和抽运光斑半径下内部温度场和热形变场的分布变化.结果表明,使用钕离子质量分数为0.01、尺寸为3mm×3mm×8mm的Nd∶ YAG晶体,在功率为60W、光斑半径为450μm的抽运光照射下,变导热系数的Nd∶ YAG晶体端面最大温升为55.7℃,最大热形变量为2.85μm,而按传统将Nd∶ YAG晶体导热系数、热形变系数均视为定值时,晶体端面最大温升为43.4℃,端面最大热形变为2.84μm.     

基于石墨烯被动调Q Nd∶YAG晶体微片激光器

设计了以石墨烯作为可饱和吸收体的被动调Q掺钕钇铝石榴石晶体(Nd∶YAG)微片激光器。该激光器采用三明治结构,附有石墨烯薄层的YAG晶体紧密压贴于工作物质Nd∶YAG晶体上,晶体端面镀膜作为端面镜构成平行平面谐振腔。采用光纤耦合输出激光二极管端面抽运技术,利用石墨烯的可饱和吸收作用,在注入功率为1.17W时实现微片激光器的调Q运转,获得波长1064.6nm,重复频率300～807kHz可调,最小脉冲宽度75ns的激光输出。激光器最大输出功率38.4mW,最大单脉冲能量54.7nJ。     

808 nm和879 nm端泵自拉曼Nd∶GdVO4 激光器的输出特性研究

为了研究激光二极管端面泵浦a轴切割Nd∶GdVO4自拉曼激光器的热透镜效应对输出特性造成的影响。在808 nm和879 nm两种不同波长端面泵浦条件下,采用横向剪切干涉法测量了连续光自拉曼Nd∶GdVO4激光器的热透镜效应,分别取得两波长所对应的热透镜数值,并将一阶斯托克斯散射光的热透镜效应通过CCD相机成像观测。实验结果表明,879 nm泵浦比808 nm泵浦时激光晶体的热效应有明显减少。为验证以上结果的准确性,实验研究了两种不同泵浦光作用下拉曼光与基频光的输出,获得了最高输出功率为1.4 W和1.6 W的拉曼光,发现当泵浦功率超过20 W,808 nm泵浦输出的拉曼光出现较大衰减。同时,输出808 nm 和879 nm两种光波作用下的基频光,对应斜效率分别为27.5%和38%。并发现小功率抽运时,两波长对应输出区别不明显,只有在大功率抽运状态下879 nm优势才能显现。实验和理论分析说明879 nm抽运更有利于提升Nd∶GdVO4激光器的量子效率。     

激光二极管抽运Nd∶YAG/Nd∶YVO_4共轴双晶体Cr∶YAG被动调Q激光器

报道了一种由激光二极管抽运的Nd∶YAG/Nd∶YVO4共轴双晶体的Cr∶YAG被动调Q激光器,利用这种方式相比于传统的Nd∶YAG/Cr∶YAG激光器提高了输出激光的偏振比,在非线性频率变换过程中得到了更高的转换效率,当抽运功率为10 W时获得了2.8 W的被动调Q 1064 nm激光输出,偏振比大于80∶1,激光重复频率为15 k Hz,脉冲宽度为7 ns,采用LBO作为非线性频率变换晶体,最终获得了223 m W的355 nm紫外激光输出。     

大功率线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器特性研究

对激光二极管(LD)抽运固体激光器中大功率线阵激光二极管三向对称侧面抽运的漫反射腔结构进行了研究。激光器使用Nd∶YAG作为激光晶体,电光器件材料为KD*P晶体,漫反射体为陶瓷材料。实验表明,抽运光的利用率和均匀性有较大提高。在重复频率为10 Hz下,实现了脉冲宽度8 ns,最大平均功率为近2 W的1064 nm红外激光输出,激光器的效率有显著提高。     

885 nm和808 nm LD抽运Nd∶CNGG 935 nm激光器热效应研究

从实验和理论两方面分析了808 nm和885 nm激光二极管(LD)端面抽运Nd∶CNGG 935 nm激光器的热透镜效应。当吸收功率为10 W时,在885 nm LD端面抽运情况下,Nd∶CNGG激光器的热透镜焦距约为808 nm LD端面抽运方式下的6.8倍。同时,利用885 nm LD端面抽运方式,晶体内部的温度梯度更小。利用808 nm和885 nm LD端面抽运方式,在抽运光束腰位置,Nd∶CNGG晶体内部最高温度分别为287.76 K和310.05 K。在抽运端面位置,晶体最高温度分别为285.78 K和317.18 K。相对于同等实验条件下的808 nm抽运方式,885 nm抽运下的Nd∶CNGG 935 nm激光器斜率效率提高了43%(从4.6%提高到6.6%),阈值降低了8%(从3.31 W下降到3.05 W)。     

LD端面抽运Nd∶GGG激光器热效应研究

为了研究激光二极管端面抽运掺钕钆镓石榴石Nd∶GGG激光器的热效应,采用实验测量与理论计算结合的方法,进行了激光器的连续运转,测量了激光器的热焦距、本征损耗和热损耗。结果表明,采用凹-平腔结构,当抽运功率为28.8W时,得到最大连续波输出功率为13.2W,对应最大斜效率为51.5%,光光转换效率为49.5%,Nd∶GGG晶体的本征损耗测量值为0.86%/cm;测量结果与理论计算吻合得很好。所得结果为LD抽运Nd∶GGG激光器的进一步设计优化提供了实验和理论依据。