LD直接侧面泵浦棒状介质的光场研究

采用光线追迹的方法,建立了一套二极管直接侧面泵浦固体激光器的泵浦光场分布的数值模型,运用计算机进行模拟计算,分析系统结构参数对泵浦均匀性的影响,可为二极管泵浦固体激光器结构设计提供理论指导。实验测试了3种不同的侧面泵浦方式下激光介质的荧光分布图,所得结果与模拟计算结果基本相符,证实该数值模型得到的理论分析对二极管直接侧面泵浦固体激光器的结构设计和实验研究具有一定的指导意义。     

二极管侧面泵浦圆片激光器增益介质内泵浦光分布

设计了二极管侧面对称泵浦Nd:YAG圆片激光器实验装置，耦合系统采用简单且有效的柱透镜组，分别对二极管快轴和慢轴方向的泵浦光进行压缩准直。模拟得到并分析了二极管的发散特性对增益介质内泵浦光分布的影响，模拟采用光线追迹法，且同时考虑了二极管在快轴和慢轴方向的发散特性。实验得到增益介质内的荧光分布与模拟得到的泵浦光分布相吻合。     

高功率LD阵列侧面泵浦激光晶体的增益分布研究

研究了LD Bar侧面半环形直接泵浦Nd:YAG激光增益介质的泵浦光分布特点.建立了不同泵浦参数下棒状增益介质内的泵浦光能量分布数值模型,通过光线追迹方法,并利用Matlab软件进行了数值模拟计算,分析了几个泵浦参数对泵浦光分布的影响,总结了一般的影响规律,分析了产生差异的原因,提出了选取泵浦参数时需注意的问题.可为激光二极管环绕泵浦固体激光器的泵浦结构设计提供理论上的指导.     

高重频三向侧面泵浦DPL耦合系统设计

激光二极管侧面泵浦容易将大功率二极管阵列(LDA)光耦合到激光晶体中去,但耦合效率有待于进一步的提高.在已建立的二极管单bar侧面泵浦YAG晶体泵浦光场分布数值模型的基础上,进一步分析了三向侧面泵浦激光器晶体内光强的分布,并全面考虑了耦合系统相关的因素,结合实际设计出LD三向侧面泵浦耦合光学系统,最终获得了重复频率1～1 000 Hz可调,波长1.064 μm的TEMoo模的调Q窄脉冲激光输出.激光输出最大单脉冲能量为11.5 mJ,脉冲宽度为8 ns,光-光转换效率为11.7%.实验验证了该耦合系统的合理性与优越性,为高效耦合系统的进一步优化奠定了基础.     

侧面泵浦薄片激光器晶体内光分布研究

侧面泵浦薄片激光器中有三个最为关键因素:热键合、泵浦光的均匀性、热沉冷却.文章从理论和实验两方面对二极管侧面泵浦的薄片激光器增益介质晶体内光分布的均匀性进行了研究.在理论上,通过建立二极管侧面泵浦薄片激光器介质内泵浦光吸收情况的数值模型,模拟计算了在Nd:YAG晶体掺杂浓度为0.6at%、七个二极管均匀泵浦条件下,不同晶体尺寸的光斑分布.从实验上,设计了测量晶体内光分布的实验,实验结果与理论结果非常相近.理论模拟结果对实验有一定的指导作用,尤其是在大功率泵浦的情况下有很好的指导意义.     

激光二极管侧面泵浦薄片激光器的泵浦光场分布研究

建立了激光二极管侧面泵浦复合晶体薄片激光器的数值模型,考虑到光束在晶体边界的折射,得出了晶体薄片内的泵浦光分布情况。分析了二极管个数、泵浦距离、吸收系数、光束发散角及晶体薄片半径对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律。理论结果与相关的实验基本相符,可为二极管泵浦固体激光器的结构设计和实验研究提供理论参考。     

侧面紧耦合泵浦微型激光器研究

利用解析法分析了激光二极管（LD）侧面紧耦合泵浦固体激光器中泵浦光强分布特点,其增益分布与发光单元发光面处的束腰半径、激光二极管等间距环绕个数、泵浦源与晶体表面的距离、晶体棒半径和工作物质的吸收系数有关,通过调整泵浦参数可以实现中心强边缘弱的泵浦光分布。采用LD紧贴于Nd:YAG的紧耦合双侧面对称泵浦技术,对侧面紧耦合泵浦微型激光器进行了相关研究,实验上实现了激光二极管泵浦固体激光器（DPL）的微型化。     

泵浦光对固体激光器光束质量的影响

利用有泵浦增益时的谐振腔衍射积分方程,研究了二极管泵浦固体激光器中泵浦光对振荡光场的影响,分析了泵浦光分布和泵浦光半径对振荡光场的影响。结果表明当泵浦光分布分别为均匀分布和高斯分布及椭圆高斯分布时,最佳的泵浦分布为高斯分布;对于高斯光束泵浦,泵浦半径的变化会引起振荡光场的尺寸和形态的变化。定量分析结果表明泵浦半径在一定范围内变化时,振荡光斑半径均随泵浦光半径的增大而减小。在实际的DPL设计中需要根据对振荡光的要求进行泵浦光的优化设计。     

高功率LD侧面单向泵浦激光模块的理论研究

构建了一种激光二极管(LD)侧面单向泵浦激光模块的理论模型.综合光线追迹和有限元仿真方法,推导了该模型下泵浦效率及晶体内光场分布均匀性的计算公式,数值分析了LD切向位移量、径向角度偏离度及晶体吸收系数等因素对泵浦效率和光场分布均匀性的影响.研究结果表明:随着吸收系数的增加,光场分布的均匀性呈现逐渐下降趋势;通过优化LD切向位移量和径向角度偏离量,仿真获得了高达93％的泵浦效率.研究成果对高功率LD侧面单向泵浦激光模块的优化设计和实验研究具有一定的参考价值.     

半导体侧面泵浦固体激光器均匀性的计算和分析

建立了半导体侧面泵浦固体激光介质内泵浦光能吸收分布情况的数值模型。模拟计算了不同泵浦参数下棒状介质和板条介质内泵浦光能的吸收分布,计算结果和有关实验结果符合得很好。得出了半导体侧面泵浦机构中介质尺寸、介质吸收系数和半导体激光器发光面到介质泵浦面距离这三个参数对泵浦均匀性的影响,比较了棒状介质和板条介质在半导体侧面泵浦应用中的优劣。     

Nd3+掺杂浓度对无水冷Nd:YAG激光器输出特性的影响

无水冷Nd:YAG激光器采用一种双拱形激光二极管阵列对双棒串接的Nd:YAG进行同心泵浦,将双拱形激光二极管面阵发出的光作高斯光束处理,利用高斯光束通过光学系统的变换规律,借助计算机模拟,研究了钕离子掺杂浓度对LD泵浦的无水冷Nd:YAG激光器的荧光分布、激光建立时间、输出能量及脉宽等输出特性的影响.搭建双半环形LDA侧面泵浦的低频无水冷电光调O Nd:YAG激光器的实验平台,对Nd3+掺杂浓度分别为1%、0.8%、0.6%的激光晶体进行实验测试,给出了LD泵浦的无水冷Nd:YAG激光器的Nd3+掺杂浓度与激光建立时间、输出能量、脉宽等参量的定量关系曲线,实验结果与理论分析结果基本相符.     

Efficient laser diode side pumped neodymium glass slab laser

The authors report efficient pulse operation of an Nd:glass slab laser-side-pumped by laser diode arrays. 7.5 mJ output and a slope efficiency of 29% were obtained with 35 nJ pump energy at 0.8 μm in 200 μs pulses. The wide absorption band at 0.8 and low laser loss in this phosphate glass allow for efficient pump light absorption and straightforward scalability to high power. The authors demonstrate 22% optical efficiency in a long pulse, multimode diode pumped laser oscillator based on a phosphate laser glass, LHG-8, highly doped with Nd ₂O₃. The strong and wide absorption bands in such phosphate glasses allow efficient pumping while somewhat relaxing the expensive wavelength selection requirements for laser arrays compared with crystal line host materials. With such materials, smaller slab thickness or rod diameters that are feasible with Nd:YAG can be used in the side-pumping geometry     

LD端面抽运激光介质热效应的有限元分析

针对激光介质的通光面为方形、抽运光为高斯光束的情况,以Nd:YAG激光介质为例,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,精确地给出了激光介质中各点的温度和温度分布。分别对提高介质侧面对流换热系数、降低冷却液温度、抽运端面水冷这3种情况下的温度场进行了模拟。结果表明,通过提高晶体侧面的热对流换热系数和降低冷却液温度,几乎不能降低激光介质的热效应,而通过抽运端面水冷,可有效地降低激光介质的热效应。     

885nm抽运Nd∶YAG激光器

在二极管抽运Nd: YAG激光器中,量子亏损是影响晶体热积累的一个最重要参量,为了达到减少晶体热效应的目的,可采用直接抽运技术.经过理论分析,采用的二极管阵列中心波长为885nm、晶体尺寸为5.5mm×55mm,实验对比验证了多种透过率输出镜.结果表明,在透过率为58%时,获得最大单脉冲138mJ的静态输出,光光转换效率为12%.这一结果验证了采用885nm抽运源直接抽运技术的可行性,并有助于实验的进一步发展.     

脉冲抽运被动调Q激光器脉冲间隔特性研究

采用数值模拟和实验相结合的方法对脉冲激光二极管(LD)抽运Nd:YAG被动调Q激光器输出脉冲间隔特性进行分析。从被动调Q速率方程出发,结合脉冲LD抽运的特点,考虑剩余反转粒子数密度的影响,推导出输出调Q脉冲间隔时间的计算公式。重点分析了抽运脉宽、输出镜反射率、抽运功率和Cr4+:YAG初始透射率对输出脉冲间隔时间的影响。结果表明,数值模拟与实验结果基本吻合。     

LD抽运被动调Q Nd:YAG/GdV04内腔式喇曼激光器

为了研究LD抽运的被动调Q Nd:YAG/GdVO4内腔式喇曼激光器的输出特性,采用Nd:YAG作为激光介质,GdV04晶体作为喇曼介质,分别用两块不同初始透过率的Cr<'4+>:YAG晶体,得到并比较了采用不同初始透过率的Cr<'4+>:YAG晶体时被动调Q喇曼激光器的性能.测量了平均输出功率、脉冲宽度和脉冲重复率随...     

LD端面泵浦变热传导系数Nd:YAG晶棒温场特性

为了解决激光二极管泵浦激光晶体产生的热效应问题,对激光晶体内的温升进行了解析分析与定量计算。通过对激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了符合实际工作情况的热模型。考虑到晶体材料热传导系数受其宏观温度变化的影响,应用常数变易法以及特征函数法得到了变热传导系数Nd:YAG晶体棒在端面泵浦情况下温度场的一般表达式。定量计算了激光二极管超高斯分布泵浦光阶次、泵浦功率、光斑尺寸以及晶棒半径对其温度场分布的影响。研究结果表明:使用输出功率为60 W的激光二极管端面泵浦掺钕离子质量分数1.0%的Nd:YAG晶棒,若耦合入射的3阶超高斯光束泵浦光斑半径为400μm,晶棒半径为1.5 mm,长度为8 mm时,Nd:YAG棒内最大温升为343.9℃;而将其热导率视为定值时,晶体的最大温升只有222.7℃。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并为提高全固态Nd:YAG激光器性能提供了理论依据。