螺纹型激光晶体热透镜效应研究

分析了激光晶体热效应的影响因素,利用热传导方程推导出激光晶体由于内部温度分布不均匀造成的端面热形变与晶体表面积的关系.针对普通圆棒晶体和螺纹棒晶体,分别计算了它们的热形变和热焦距,结果表明螺纹棒晶体可有效地改善激光晶体的热效应.     

热边界和泵浦结构对激光晶体热效应的影响

报道了不同热边界和泵浦结构下激光晶体的热效应情况。理论上,基于星载激光器的工作特点,通过建立符合激光晶体工作状态的热模型,模拟了Nd:YAG晶体受到具有高斯分布半导体激光侧面泵浦时的温度场分布,分析了热边界、泵浦方式以及泵浦光斑、吸收系数等泵浦参数对温度场的影响。将激光晶体热透镜作薄透镜近似,进行了热透镜焦距理论计算和实验测量。五面环形泵浦结构,泵浦功率4 500 W,10 Hz重复频率下,Nd:YAG晶体的热透镜焦距约9.5 m,实验结果与理论仿真结果基本符合。文中建立的模型与实验方法为预测激光晶体的热效应提供了一种有效工具,为激光器设计提供依据。     

改善Nd…YAG掠入射板条激光器增益介质热效应的研究

增益介质的热效应是制约掠入射板条激光器获得高功率和高光束质量的重要因素。采用Nd…YAG和蓝宝石晶体键合的方法,研究掠入射板条激光器增益介质的热效应。理论模拟了Nd…YAG与蓝宝石键合晶体增益介质的温度场分布和热焦距。实验对比了Nd…YAG和蓝宝石键合晶体与单块Nd…YAG晶体增益介质的输出特性:在相同腔长和抽运的自由振荡条件下,键合晶体的最大稳定输出功率比单块Nd…YAG晶体提高了26%;当抽运功率为44W时,键合晶体相对于单块Nd…YAG晶体热焦距增长了69%;同时,键合晶体宽度、厚度方向的光束质量因子M_x~2=1.84、M_y~2=2.29,单块Nd…YAG晶体宽度、厚度方向的光束质量因子M_x~2=2.92、M_y~2=4.38。理论分析和实验结果表明,Nd…YAG和蓝宝石键合晶体能够降低掠入射板条激光器增益介质的热效应,有利于输出功率和光束质量的提高。     

YAG激光晶体热致双折射的非线性分析

为了克服线性模型在描述高功率运转的激光晶体时,热焦距和热致双折射计算值与实测值不符的缺点,采用非线性热传导模型,计算了常用[111]切割方向Nd:YAG激光晶体的热致双折射椭圆分布以及径向和切向热焦距。进行了平均热焦距数据测量和旋转线偏振光干涉实验,实验结果与理论分析吻合。结果表明,非线性模型对Nd:YAG激光晶体在高功率运转时的描述更符合实际情况,普适性更强。这一结果对于设计高功率径向或切向偏振固体激光器是有帮助的。     

激光热焦距的高精度测量

本文提出了一种测量激光棒热焦距的新方法,对(?)5.6×78的 Nd:YAG 棒在不同泵浦功率下的热焦距值进行了测量。分析和实验结果均表明,本系统结构简单,测量精度高。     

一种改良的非稳腔热透镜焦距测量方法

提出了一种改良的非稳腔热透镜测量方法,采用此方法对Nd：YAG连续激光器临界稳定点的输出功率进行测量,计算得到Nd：YAG晶体连续工作模式下的有效热透镜焦距,同时对主动调Q Nd：YAG激光器进行实验,采用改良非稳腔方法测量了主动调Q Nd：YAG激光器的热透镜的焦距。连续和调Q工作模式下的热透镜焦距实验结果有较好的一致性。文中对固体激光器的热透镜焦距进行了理论计算,理论计算结果与实验结果在误差范围内能较好地吻合,证明了文中提出的热透镜改良测量方法的有效性和可靠性。     

绿光输出达85W的全固态绿光激光器谐振腔研究

报道了对平均功率达85 W的高功率、高稳定性全固态绿光激光器谐振腔特性的研究,将高平均功率运转条件下的KTP倍频晶体的热透镜效应等效为一个薄透镜,利用ABCD传输矩阵,通过图解方法定性地讨论了KTP晶体的热透镜效应对谐振腔的稳定性和腔内激光模式的巨大影响,理论分析表明适当大小的倍频晶体热透镜焦距不但可以有效地补偿Nd:YAG棒的热透镜效应,而且对增大激光介质中的模体积和在倍频晶体处提高功率密度都有积极作用.实验中采用了80个20 W的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd:YAG棒、两个声光Q开关、高效平-凹谐振腔结构、对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配等技术,并通过对KTP晶体采取适当的冷却方式,最终实现了高功率内腔倍频激光器的高稳定性运转;在抽运功率约为1080 W时,实现了重复频率为20.4kHz,脉冲宽度230 ns,输出功率达85 W的高功率、高重复频率绿光(532 nm)输出,不稳定性仅为士1.03%.     

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 侧面泵浦Nd∶YAG激光器的热效应研究

:对激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG 激光器的热效应进行了分析。由热传导方程得出YAG晶体内的温度分布,分析了激光介质中的热应力和热应力双折射,并得到YAG的热焦距 及激光束腰和远场发散角随泵浦功率的变化图形。 关键词:侧面泵浦;热效应;热应力;热焦距     

Nd:YAG激光器增大线偏振输出功率的实验研究

由热应力双折射产生的热退偏是限制Nd:YAG激光器线偏振输出功率的重要因素。本文理论分析并实验证明,相比于传统的[111]方向切割的Nd:YAG晶体棒,使用[100]方向切割的Nd:YAG晶体棒能够改善Nd:YAG激光器的线偏振态输出功率。在理论分析的基础上,实验中采用半导体侧面泵浦不同切割方向的Nd:YAG棒状晶体,比较[111]、[100]方向切割晶体的线偏振输出特性,实验证明[100]方向切割的Nd:YAG棒状晶体,有最小的晶体热退偏方向,可以提高激光器的线偏振输出功率。     

抽运光分布对Nd:YAG微片激光器热效应的影响

以半解析热分析理论为基础,研究超高斯分布激光二极管(LD)端面抽运背冷式微片Nd:YAG晶体的热效应。通过对超高斯分布激光二极管端面抽运背冷式微片Nd:YAG晶体工作特点分析建立热模型,利用热传导方程新的求解方法得出微片Nd:YAG晶体内部温度场、热形变场、附加光程差(OPD)半解析计算表达式;利用附加光程差得出微片Nd:YAG晶体的热焦距计算表达式。研究结果表明,当使用总功率为24.2 kW,10%占空比4阶超高斯分布激光二极管抽运时,微片上获得70.36℃最高温升,0.465μm最大热形变,0.836μm最大附加光程差。     

端面抽运Nd:YAG圆棒热容激光晶体热分析

为了准确研究LD端面抽运圆棒热容激光晶体Nd:YAG时产生的热效应,采用以半解析热分析理论为基础、结合弹性力学理论的研究方法,得出了圆棒热容激光晶体抽运阶段和冷却阶段的温度场、热应力场和端面形变量半解析计算方法。结果表明,当抽运总功率为200W,4阶超高斯LD对Nd:YAG抽运2s时,Nd:YAG圆棒热容激光晶体的端面最大应力为52.9MPa,低于晶体断裂阈值下线的50%;此时激光晶体端面形变为3.05μm。所得结果为优化热容激光器提供了理论支持。     

(Nd,Tb, Ce):YAG晶体的激光特性

(Nd,Tb,Ce):YAG晶体是我们最近研制的一种新激光晶体.本文将给出在风冷条件下,(Nd,Ce):YAG和常用的Nd:YAG及(Nd,Ce):YAG在不同重复频率下的激光输出,束散角和光束质量因子的测试结果.对比这些结果,可以看到(Nd,Tb,Ce):YAG晶体的效率不低于(Nd,Ce):YAG,而在热畸变和热稳定性方面,明显优于Nd:YAG和(Nd,Ce):YAG.     

Influence of heat transfer on thermal effects of the endpumped laser crystal

A thermal model of crystal is established. The temperature field differential equation of the diode-end-pumped laser crystal with circular cross-section and new boundary conditions, in which the convection heat transfer is supposed to exist between laser crystal ends and air, is established. The analytical expressions of temperature field, thermal distortion and additional optical path difference (OPD) of crystal are obtained. By numerical calculation, the influence of heat transfer on the thermal effects of laser crystal Nd:YAG is studied. Results show that crystal’s thermal effects, including temperature field, thermal distortion, OPD and thermal focal length, are all weakened as the heat transfer through ends of crystal is strengthened. This conclusion could be used to control thermal effects of laser crystal and improve laser working stability.     

泵浦过程中晶体热效应的对称性

本文以[010]取向的正交晶系Nd:YAP晶体棒和[111]取向的立方晶系Nd:YAG晶体棒为研究对象,从对称性的角度研究了泵浦过程晶体热效应与其点群对称要素的关系。研究表明,所得结果满足Newmen原理的要求。 文中也指出了热致双折射率和热致折射率的对称性对晶体的等色线图、退偏振损耗和热聚焦效应的影响。     

非球面透镜弥补棒状激光晶体热效应的研究

研究了激光二极管侧面泵浦Nd:YAG晶体的热效应.通过热传导方程,获得了Nd:YAG晶体内部的温度分布.分析了温度梯度和热应力对激光棒的影响,得到了在激光器运行时激光棒内的折射率分布.在谐振腔内,作为光学元件的激光晶体必然产生像差.计算了Nd:YAG晶体棒沿径向的光学路径差(OPD)用以量化像差.通过实例演示了此种方法...     

DPL中晶体散热效果的比较

采用有限元法,以光纤耦合LD端面泵浦Nd:YAG激光器为例,模拟了三种冷却方式下,激光晶体的温度分布;分析了不同冷却方式对晶体温度分布和端面形变的影响;计算了不同对流换热系数和冷却水温度对晶体温度的影响。结果表明：在晶体侧面水冷时,改变对流换热系数和液体温度只能改变晶体的整体温度,对温度分布的均匀性几乎没有影响;三种冷却方式中,泵浦端水冷情况下晶体温度最低,端面形变量最小。