LD端面抽运光变半径YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

研究变半径LD泵浦YAG-Nd:YAG复合晶体在实际谐振腔中产生的温度场、形变场和晶体端面热形变场。通过与理论上在理想模型下所求解的结果比较,发现采用变高斯半径构建物理模型,实验值与理论值基本一致,打破了以往高斯半径为定值的局限性。新模型的研究结果:当输出功率为18W时,抽运端面中心获得107.99℃(d=2mm)最高温升和2.78μm(d=2mm)最大热形变量。这种新的研究方法可以更准确地应用到其它激光晶体热问题的研究中,为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。     

LD端面抽运圆形截面YAG-Nd:YAG复合晶体热效应

通过对半导体激光端面入射复合晶体工作特点的分析,建立了符合实际工作情况的热模型,利用热传导方程求解方法,得出了圆形截面复合晶体的温度场分布和端面热形变场通解表达式.研究结果表明:当使用输出功率为1 8 W半导体激光器端面中心入射复合晶体YAG-Nd:YAG时,抽运端面中心获得91.21℃最高温升和2.53μm最大热形变量.复合晶体可以有效降低晶体中最高温升,但是不能减少晶体端面热形变.     

端面抽运矩形截面Nd:GdVO4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。     

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。     

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.     

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。     

激光二极管端面抽运圆形截面Nd:GdVO4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15W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。     

激光二极管端面抽运矩形截面Nd:GdYVO4晶体热效应分析

研究了激光二极管(LD)端面高功率偏心抽运矩形截面激光晶体引起的热效应,提出偏心抽运矩形截面偏心度(ERS)的定义.通过求解周边恒温冷却Nd:GdYVO4激光晶体泊松热传导方程,得出了偏心度对晶体内部温度场的影响,以及温度梯度场的分布.研究表明:与中心抽运相比,偏心抽运时,激光晶体端面的最高温度有所降低,但温度梯度最高值升高,热畸变严重.     

激光二极管侧面抽运平板Nd:LuVO4晶体热效应

在解析热分析理论的基础上,建立了平板Nd:LuVO4激光晶体在激光二极管阵列侧面抽运时的导热微分方程.通过对方程的求解,得到了Nd:LuVO4晶体内部温度场解析式,热形变场分布、温度场和热形变场的数值模拟表明,当抽运光功率为40W,抽运区域为1 mm×4 mm时,晶体在x方向的最高相对温升为11.63 K,y和z方向的最高温升为11.00 K;在x,y,z三方向上的热形变量分别为0.050μm,0.034 μm和0.48μm.这一结果可为Nd:LuVO4激光器设计提供理论支持.     

LD端面泵浦圆柱形Nd：YAG晶体热效应研究

建立了圆柱形激光晶体的热传导模型。通过求解泊松方程,得到了在不同Nd离子掺杂浓度和不同泵浦光半径情况下激光晶体内的温度和温度场分布。研究结果表明,当其他条件不变时,随着Nd离子掺杂浓度的增加,Nd:YAG晶体端面中心温度会升高,而晶体中心轴温度却会快速衰减。对于相同晶体,在泵浦功率一定时,随着泵浦光斑半径的减小,Nd:YAG晶体端面中心温度会升高。如果采用低掺杂浓度的晶体作为增益介质,同时合理增加泵浦光斑半径,则可以有效抑制晶体的热效应。这一结论为提高激光器的稳定性、研究晶体的热效应提供了理论依据。     

LD端面泵浦各向异性激光介质的热效应研究

针对各向异性激光介质的通光面为方形、泵浦光为高斯光束及泵浦尺寸小于通光面的情况，以Nd：YVO4为例，用MATLAB程序语言对激光二极管(LD)端面泵浦的各向异性激光介质的热传导方程进行数值计算，精确地求出了激光介质中各点的温度和温度分布，从而可以定量地分析出LD端面泵浦固体激光器的热效应，进而设计出高效高功率LD端面泵浦的TEM00Nd：YVO4固体激光器。LD尾纤输出功率为28．77W时，得到18．16W的1064nm激光输出。     

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。     

LD端泵浦1 319 nm 3.11 W-CW Nd:YAG激光器

报道了LD端面泵浦Nd：YAG晶体实现1319nm单波长连续输出的研究。通过对输出镜镀选择性介质膜，抑制了1064和1338nm光波在腔内的振荡。在功率为26．03W的808nmLD泵浦下，得到1319nm单波长最大输出3．11W。对1319nm单波长运转条件进行了理论分析，得到1319nm单波长运转区域图，描述了1319nm单波长运转时输出镜对1319nm和1338nm光波透过率应满足的关系，为实现1319nm单波长运转提供了理论指导。实验结果与理论分析结果相互吻合。     

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端面泵浦圆柱形Nd∶YAG晶体热效应研究

建立了圆柱形激光晶体的热传导模型.通过求解泊松方程,得到了在不同Nd离子掺杂浓度和不同泵浦光半径情况下激光晶体内的温度和温度场分布.研究结果表明,当其他条件不变时,随着Nd离子掺杂浓度的增加,Nd∶YAG晶体端面中心温度会升高,而晶体中心轴温度却会快速衰减.对于相同晶体,在泵浦功率一定时,随着泵浦光斑半径的减小,Nd∶YAG晶体端面中心温度会升高.如果采用低掺杂浓度的晶体作为增益介质,同时合理增加泵浦光斑半径,则可以有效抑制晶体的热效应.这一结论为提高激光器的稳定性、研究晶体的热效应提供了理论依据.     

LD端面泵浦Yb:YAG/LBO 537.8nm绿光激光器

报道了一种激光二极管（LD）端面泵浦10 at.- %掺杂Yb:YAG薄片激光晶体(Φ4×1mm)、LBO腔内倍频的全固态绿光激光器。采用平凹腔结构,在LD泵浦功率为1.37W时,通过调节非线性晶体LBO的放置角度,实现了频率选择,并获得了最高功率为3.1mW的537.8nm的基模连续激光输出,光斑椭圆度为0.94。