LD纵向抽运固体激光器中的耦合系统

介绍了目前在LD纵向抽运的固体激光器中可以采用的各种耦合系统，分析了它们的优缺点及适用范围，重点研究了排球面柱透镜系统和透镜导管耦合系统。     

端面抽运固体激光器中抽运端面的直接散热

提出了一种用于激光二极管端面抽运固体激光器(DPSSL)中晶体端面直接散热的新方案--在传统的侧壁散热基础上采用金刚石薄片对晶体的抽运面进行散热.使用有限元方法(FEM)分析了该方案的散热效果,并与传统侧壁散热方案的散热效果作了比较,结果表明,使用晶体端面直接散热方案可以将集中于晶体端面的热量更为有效地抽出,大幅度降低晶体抽运端面内的温差,晶体温度最高点出现在晶体内部,降低了晶体抽运端面热损伤概率,显著减弱了晶体热效应;在相同注入功率条件下实验测量了两种散热方式下的输出功率,结果表明,晶体端面直接散热方案可以有效抑制晶体热效应对于输出功率的不良影响,该方案特别适合用于解决大功率端面抽运固体激光器的散热问题.     

一种端面泵浦固体激光器的泵浦耦合方法

泵浦光与振荡光之间的高效耦合是改善泵浦转换效率和输出光束质量的有效途径,也是激光技术领域的研究热点。对光纤耦合激光二极管端面泵浦Nd3+∶YAG激光器的泵浦耦合方法进行了研究,提出了一种通过CCD观察泵浦光在离轴状态下输出光的高阶模光斑分布,判断泵浦光与振荡光耦合效果,进而调整泵浦光的空间位置获得近似高斯光束的泵浦耦合方法,该方法简单实用,对调整泵浦光以改善输出光束质量有一定的参考作用。     

高功率全固态激光器抽运耦合技术进展

综述了目前获得高功率激光输出的板条、薄片激光器以及运行于热容模式固体激光器抽运耦合方式的进展,分析了这几种固体激光器的抽运耦合技术路径,比较了各类抽运耦合方式在克服热效应方面的优缺点,展望了固体激光器抽运耦合技术的发展趋势。     

脉冲激光二极管端面抽运固体激光器中晶体的热弛豫时间

在脉冲激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中,存在热效应瞬态过程,即晶体的温度分布具有时变性,晶体温度的时变过程受到热弛豫时间的影响.从热传导方程出发,采用解析法和数值法分别对晶体降温过程中温度的时变性进行计算;采用有限元方法,对晶体热弛豫时间及其影响因素进行数值计算,分析了晶体直径、密度、热传导系数和比热等热物性参数对热弛豫时间的影响;采用流体流动换热理论,充分考虑了冷却水流温度和速度对晶体温度分布的影响.结果表明,通过调整晶体尺寸、冷却系统可以实现对热弛豫时间的控制.根据有限元软件ANSYS的计算结果,分析了晶体抽运端面上径向温度的时变分布,晶体边缘与中心的温差和光程差;初步计算了晶体热透镜不同径向位置处的焦距差.结果表明,晶体冷却过程中,不同径向位置与中心的温差和相对光程差具有时变性,晶体热透镜的聚焦特性也是随时间变化的.     

LD端面抽运全固态紫外激光器

报道了分别利用两个非线性晶体对1064nm红外脉冲激光的倍频及和频过程得到紫外激光输出的实验研究。采用最大抽运功率为600mW的LD端面泵浦Nd：YAG／Cr^4 ：YAG被动调Q脉冲激光器，得到1064nm输出最大平均功率为70mW，脉宽为17．4ns。利用长聚焦的方法经KTP晶体腔外倍频和LBO晶体腔外和频，实现了高效全固态355nm紫外脉冲激光输出。355nm紫外脉冲输出的最大平均功率为106μW，峰值功率约为635mW，且紫外光斑的椭圆度达0．88。     

高功率固体激光器的光纤耦合研究

对高功率固体激光器的光纤耦合进行了理论设计和实验研究.高功率固体激光器的光束质量随着输出功率的增加而变差,根据入射激光的光束质量,计算得到传输光纤的最小芯径和耦合透镜的有效焦距.该研究成功实现了高功率固体激光器光纤输出功率大于500 W,耦合效率大于90％,满足科研工作及工业应用需要.     

端面抽运绿色固体激光器控温性能优化的研究

在激光二极管(LD)端面抽运绿色固体激光器控温部分的设计中通过引入有限元方法(FEM),使用ANSYS有限元分析软件,通过稳态热模拟和瞬态热模拟对控温部分的结构进行了热分析,并且根据模拟的结果对结构进行了优化。研究结果表明,在同样的制冷量输入下,优化后控温部分的控温能力提高了10%左右,较初始结构有明显改善。根据优化后的结构制作了实验装置,并且对实验装置的控温能力进行了测试,通过对比实验测试数据和ANSYS热模拟的数据,确认相互之间的误差小于5%。证实了有限元分析对改善温控激光二极管端面抽运绿色固体激光器控温部分性能有明显的效果。     

全固体蓝光激光器

由长春新产业公司研制的全固体蓝光激光器是一种具有自主知识产权、质量稳定可靠的全固体蓝激光器.产品属国内首创,总体性能居国际先进水平.     

半导体激光器端面抽运高功率高效Nd:YVO_4固体激光器

报道了一种光纤耦合半导体激光器端面抽运高功率高效Nd:YVO4固体激光器。在抽运功率为20W时获得了11W的TEM00模输出,光-光转换效率为55%;而抽运功率为12W时输出功率为7.1W,光-光转换效率为59%,斜效率达64%。在高抽运功率下测量了Nd:YVO4晶体的热透镜焦距,结果表明:得到有效冷却的低浓度和高质量的Nd:YVO4晶体,其热聚焦作用实际上相对很弱     

端面抽运固体激光器中晶体的热形变

提出了一种易于实现、高空间精度、实时测量激光端面抽运固体激光器端面热形变的干涉测量方法。在一块热效应非常小的光学玻璃与晶体的抽运面之间形成空气劈尖,利用参考光扫描晶体端面准确地测出了激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中晶体的端面热形变。抽运功率为12 W,抽运半径为0.5μm,抽运光束位于晶体端面中心时,晶体的伸长形变为0.645μm,鼓出形变量为0.259μm,总形变量为0.904μm。鼓出形变小于伸长形变,且表面凸起形变总是叠加在轴向伸长形变之上。研究表明表面凸起形变部分较为平坦且占据端面中心大部分区域,并发现热沉的侧面导热情况决定了晶体的伸长形变量。     

激光二极管端面抽运固体激光器的热效应和热透镜焦距测量

激光二极管(LD)端面抽运固体激光器的热效应是影响激光输出特性和系统综合性能的重要因素,因此准确的热透镜焦距测量是谐振腔设计的重要前提。从热传导方程入手,计算了LD端面抽运晶体的温度梯度分布,求出探测光束经过晶体后的相位差分布,通过傅里叶变换得到探测光的夫琅禾费衍射图样。基于上述理论模型,提出了一种利用探测光的夫琅禾费衍射图样测量热透镜焦距的新方法,可实时在线测量。由夫琅禾费衍射图样求出光程差,进而由光程差可求出激光晶体的热透镜焦距。实验测量了激光晶体的热透镜焦距,并与非稳腔法实验数据进行对比,证明了这种方法的可行性。     

Power Scaling of End-Pumped Solid-State Rod Lasers by Longitudinal Dopant Concentration Gradients

The power scalability of solid-state rod lasers in general is limited by the thermally induced mechanical stress approaching the fracture stress of the laser material. In conventional end-pumped lasers, the spatial heat-generation density profiles follow a nearly exponential law, resulting in a reduction of the maximum possible pump power when compared with a transversally pumped rod of the same length. In this paper, an approach for power scaling of end-pumped solid-state lasers by employing crystals with longitudinally varying dopant concentration profiles is presented. The optimum continuously varying dopant concentration profiles for a pump-light single and double pass are derived. Multisegmented crystals approximate these continuous doping profiles. An algorithm for optimizing the segment lengths and dopant concentrations in these crystals is described, the resulting optimum segment data are tabulated, and the relative power capability of these crystals is given.     

计算"Top-hat"端面抽运晶体热透镜焦距的改进方法

在激光二极管(LD)端面抽运的固体激光器中,热效应是设计中必须考虑的重要参量之一。研究激光工作物质内热效应的最方便的方法是等效热透镜(TL)法。前人给出的公式算出的热透镜焦距比实验值小。针对“Top-hat”抽运光,在找出了导致计算值与实验值差距的原因后,给出了能够得出更为精确热透镜焦距值的改进方法,并进行了数值计算,根据计算结果给出了拟合方程。研究结果显示,热透镜焦距不仅仅是抽运功率的函数,还是激光半径与抽运光半径比的函数,并且在激光和抽运光半径大致相当的时候,热透镜焦距大约是原来公式计算值的1.6倍。在相同的抽运条件下,热效应造成的衍射损耗同用原来热透镜焦距计算的结果相比要小很多,同样和激光半径、抽运光半径有关。实验证明新理论比旧理论更接近实验结果。     

被动调Q固体激光器上转换效应的数值模拟

在主动调Q固体激光器上转换效应(ETU)理论的基础上,给出了包含上转换效应项的被动调Q固体激光系统的耦合速率方程组。采用变步长龙格-库塔数值方法,针对Nd∶YAG激光晶体和Cr4 ∶YAG可饱和吸收体,对上转换效应对输出脉冲参数的影响进行了数值分析。在低抽运功率条件下,上转换效应对输出脉冲的能量和峰值功率影响较大;在高抽运功率条件下,上转换效应对平均输出功率影响较大。在抽运功率逐渐增加的过程中,上转换效应对输出脉冲能量和峰值功率的影响逐渐减弱,对输出激光的脉冲宽度(FWHM)和重复频率的影响则可以被忽略。数值计算结果与实验所得结果基本一致。     

新一代大功率固体板条激光器的技术进展

介绍了固体板条激光器为了获得大功率和高光束质量而采用的新技术,阐述了新一代大功率固体板条激光器的最新进展,分析了新一代大功率固体板条激光器的技术特点,并对其应用前景进行了展望.     

Investigations on Transverse-Mode Competition and Beam Quality Modeling in End-Pumped Lasers

The transverse-mode competition and beam quality modeling in scaling fiber-coupled laser diode (LD) end-pumped lasers to higher power and better beam quality have been investigated with the space-dependent multimode rate equations by including the thermal effect. The total photon number and threshold of the pumping rate for each mode in the cavity were obtained by solving these equations with an iterative method, and so the threshold of the pumping power, output power, optical and slope efficiency of the single mode and laser could all be calculated. Several lasers, including one ideal laser, one multimode laser, one quasi-fundamental mode laser with folded structure, were brought forward to demonstrate the modeling process and investigate the transverse-mode competition process. The calculated results were compared with the experimental ones and the rationality of the model built in this paper was validated. The model presented here may serve as the designing guideline for a practical laser, especially one with beam quality requirement.      

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。     

高功率激光二极管端面抽运复合晶体激光器的研究

在高功率激光二极管抽运固体激光器中,热效应已成为获得高输出功率和高光束质量的最大阻碍因素.用有限元方法研究了高功率激光二极管端面抽运Nd∶YVO4激光器中热透镜分布规律,提出了用复合晶体消除热透镜效应的方法.研究表明在端面抽运的传统单一Nd∶YVO4晶体激光器中,由于抽运功率密度很高,热透镜效应非常严重,由端面变形而造成的热透镜效应约占整个热透镜效应的50%;而采用复合晶体能够很好地消除由端面变形而造成的热透镜效应,同时得到很好的冷却效果,获得比采用传统单一晶体高出许多的基模输出功率和更好的光束质量.实验证明,采用复合结构晶体在23 W的抽运功率水平下得到了11 W的基模输出功率,光束质量因子M2 <1 5,光光转换效率达到48%.     

高功率固体激光系统中的"热像"效应

"热像"效应是制约高功率激光系统,特别是惯性约束核聚变(ICF)激光驱动器安全运行和提高输出功率的瓶颈因素之一。在某些条件下,往往系统运行在典型的损伤阈值功率之下时,某些光学元件也会因为"热像"效应的存在而意外地遭受损伤。总结介绍了近年来关于"热像"效应研究的新进展,包括"热像"形成的衍射理论模型、薄片近似下的解析理论分析结果、厚介质及级联介质情况下激光"热像"的演化规律、多散射点形成"热像"的特点以及"热像"效应的抑制方法等。最后指出理论及实验上尚待进一步解决的问题。