LD泵浦固体激光器热透镜效应及优化设计的分析

LD泵浦固体激光器出现使激光器得到飞速发展,但是其在大功率运行时所表现出的强烈的热透镜效应,严重影响了激光器的稳定性和输出光的模式、光束质量.介绍了几种热透镜焦距fT和光束质量M2因子的估算公式,分析了热透镜改善的几种腔型设计.     

LD端面泵浦掺Nd晶体的热透镜焦距

采用He-Ne光直接测量的方法,在不同的泵浦功率下,对不同掺Nd晶体的热透镜焦距进行了测量,并对测量结果分析和讨论,为LD端面泵浦掺Nd晶体固体激光器的实验研究提供了数据参考。     

三向侧面泵浦固体激光器中热透镜的研究

本文理论分析侧面泵浦固体激光器热透镜效应，详细讨论介质中泵浦光分布和温度梯度分布，提供了热透镜的数值解法。实验研究三向侧面泵浦固体激光器的热透镜，所测实验结果与数值计算结果相吻合。该数值方法为DPL的谐振腔设计提供有效途径。     

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。     

二极管端面抽运Tm∶YAP激光器热透镜效应研究

分析了Tm∶YAP晶体热透镜焦距产生的原因,并理论计算热透镜焦距值.阐明了利用平平非稳腔法测量LD端面泵浦Tm∶ YAP固体激光器有效热透镜焦距的简单方法.通过改变腔长,找到谐振腔失谐点,便可得到晶体吸收的泵浦功率和对应的热透镜焦距的关系.对不同Tm∶YAP晶体棒进行了测量,并且加以比较.此方法不需要特别的仪器,且操作简单,实验值与理论计算的值偏差小于10％.     

侧面泵浦激光器热透镜效应的有限元分析

针对侧面泵浦的固体激光器工作介质产生的热透镜效应进行了分析,建立热传导方程。采用有限元分析的方法对不同泵浦条件下激光棒内的温度场和应力变化进行分析。提出补偿热透镜效应的有效措施。并通过实验对上述不同补偿条件下的热焦距进行测量比较。     

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。     

端面泵浦DPL热透镜形状的初探

在LD端面泵浦固体激光器中,泵浦光轴对称分布,晶体是柱状体,泵浦光轴正入射晶体轴心,晶体通过侧面冷却,其侧面温度一致,热耗、温度、折射率呈轴对称分布.建立了端面泵浦DPL实验装置.实验测出谐振腔外右侧z点处的光斑半径ω,算出输出镜即光腰处的光斑半径ω0,由ω0推算出谐振腔左端面处的光斑半径ω(L)及波振面半径R,R等效于热透镜的焦距.在相同泵浦条件下,晶体热透镜不改变,改变谐振腔的长度L,得出对应的ω(L)、R.对实验结果分析发现,等效热透镜应为非球面镜.     

偏振变换法测量固体激光器的动态热焦距

为了精确测量激光晶体的动态热焦距,提出了一种指示光偏振变换测量方法。基于几何光学成像理论,建立了热透镜动态热焦距的表达式。将准直的指示光往返两次通过具有热透镜效应的激光晶体,利用偏振变换的方法使测量光束有效的从光路中分离出来,采用CCD相机对被测光束进行探测。搭建了激光晶体的动态热焦距的实验测量装置,分别测量了端面泵浦和侧面泵浦两种工作状态激光晶体的动态热焦距,最后分析了实验测量的误差。结果表明:利用指示光偏振变换法测量激光晶体的热焦距,测量误差仅为0.8 mm,能够满足激光器谐振腔设计要求。     

长脉冲泵浦的Nd:YAG激光棒中热效应的测量

报道了一种长脉冲泵浦条件下Nd:YAG激光棒热透镜焦距和温度梯度导致的光走离角测量方法。该方法通过高速相机以5 khz的拍摄频率获取TEM00模He-Ne激光的光斑尺寸和位移变化,运用光学矩阵、q参数和ABCD法则,计算得到了动态热透镜焦距和光走离角。经多组测量发现:热透镜在泵浦期间表现为负透镜,泵浦强度越强焦距越短;在这些测量中出现的最短焦距约为-0.33 m;光走离的变化和热透镜焦距的变化几乎同步;光走离的方向限制在一个特定的子午面内;走离角随泵浦增强而增大,最大走离角同样出现在泵浦结束后,大约为3 mrad。     

Atmospheric thermal lens induced by high-power CO2 laserbeams in laser materials processing

The atmospheric thermal lens induced by high-power CO₂ laser beams in laser materials processing and its influence on beam propagation and focus are studied in this paper. It is found in experiments that the atmospheric thermal lens is generated when the air in the beam propagation path is stationary. But it can be eliminated by blowing air with a certain pressure into the beam's guidance system. Also, the behavior of the beam's propagation under the case of the thermal lens deviates from Gaussian theory. This deviation is calculated by the linear and nonlinear models of the atmospheric thermal lens under the conditions of a large beam diameter and high power intensity. In addition, the influence of the thermal lens on the beam's focus size and position is also discussed in this paper     

辅助透镜构造开普勒望远系统法测量热焦距

基于望远系统的工作原理,提出了辅助透镜与热透镜构成开普勒望远系统的方法来测量工作物质对指示光的动态热焦距,结合指示光与ND:YAG激光波长关系推导工作物质对ND:YAG激光的动态热焦距。研究结果表明,该方法测量精度小于±5 MM,能够实现对热焦距较小情况的测量。     

电控宽域热不灵敏Nd∶YAG固体激光器的研究

运用激光谐振腔的矩阵光学理论,并根据内含补偿透镜和热透镜的激光腔处于热不灵敏的条件,给出了激光腔处于热不灵敏状态时补偿透镜屈光度与热透镜屈光度的对应关系;在此基础上,设计了一种宽域热不灵敏激光腔,该激光腔采用电调谐液体透镜作为补偿透镜,根据泵浦功率的变化调节电压改变液体透镜的屈光度,进而使激光腔在泵浦范围内始终保持热不灵敏状态。     

基模运转的热稳定定向棱镜谐振腔设计

为了提高军用固体激光器的稳定性,利用g3参数等价腔分析法,设计了一种在高功率 固体激光器热焦距变化较大时能保持稳定的基模运转的免调试定向棱镜谐振腔,理论分析与实验结果基本吻合,满足了军用固体激光器对高功率、高光束质量和高稳定性的要求。     

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.     

基于HS传感器的固体激光器热透镜焦距测量

基于哈特曼-夏克传感器、激光光束分析仪和谐振腔理论,设计了一种在有激光输出情况下,实时测量固体激光器热透镜焦距的方法,具有简单、便捷、实用的特点。利用此方法,对激光二极管连续端面抽运棒状激光器的热透镜焦距进行了测量,并和理论数值模拟结果进行了对比分析讨论,可为固体激光器的优化设计和实验研究提供参考。     

基于V型谐振腔的热稳定性分析

为了提高V型谐振腔的热稳定性,采用了图解分析法,将V型折叠腔等效为腔内含有一个透镜的共轴球面腔。同时考虑到晶体热透镜效应,结合多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将等效后腔内含透镜组的多元件球面腔近似等价为腔内不含透镜的共轴球面空腔。对V型腔等价后的共轴球面空腔的稳定性进行了理论计算和仿真分析。结果表明,当总腔长为75mm、折叠角为0.15π左右时,谐振腔具有最宽的热稳定范围;此时若增益介质与折叠镜的间距为28mm,则谐振腔能适应的最小热透镜焦距可达12mm。这一结果体现了谐振腔关键参量对热稳定性的重要影响,对激光腔型稳定性的优化设计具有一定的指导意义。     

热透镜效应对谐振腔稳定性影响研究

根据激光腔的矩阵理论和稳定条件,分析了热透镜效应对不同类型谐振腔稳定性的影响,推导了谐振腔稳定区域对应光焦度的边界值与激光棒位置的关系.是对于一个确定腔型的谐振腔,在热透镜效应的作用下,腔型可能会发生变化,存在两个或两个以上光焦度区域,在这些区域中,谐振腔保持原腔型,可以根据泵浦的情况,选择合适的腔参数,以避免热透镜效...     

大相对孔径变焦红外光学系统无热化设计

随环境温度变化红外镜头会产生热离焦现象,一般定焦红外光学系统可通过多种红外材料组合或引入衍射面来实现光学被动式无热化设计,而变焦红外光学系统大多是通过移动透镜组来实现机械主动式无热化设计。文中根据光学变焦原理和光学被动式无热化原理,提出一种变焦光学被动式无热化设计方法,并采用该方法设计了一种大相对孔径双视场无热化长波红外光学系统。该系统焦距为25/50 mm（变倍比为2:1）,工作波段为8~12 μm,F数为0.9,可匹配640×512,像元为17 μm×17 μm的非制冷红外焦平面阵列探测器。光学设计中采用3种红外光学材料（硫系玻璃HWS6、硒化锌和锗）组合,并引入3个偶次非球面,实现变焦无热化设计。设计结果表明:该系统在宽温度范围内具有良好的成像效果和温度自适应性,在空间频率30 lp/mm处,-50℃~80℃温度范围内各视场MTF均大于0.3。该红外光学系统结构简单、工艺良好,在红外车载领域有着广泛应用前景。