高功率Nd:YVO_4/KTP腔内倍频晶体温度分布的半解析热分析

非线性晶体KTP采用Ⅱ类相位匹配腔内倍频时,不仅要求晶体满足基频光的偏振匹配条件,而且所选用的晶体要求符合λ/2波片的条件,才能使晶体的谐波转换效率达到最佳。由于倍频晶体吸收基频光能量引起晶体内部非均匀温升,改变晶体内部各点的折射率,也会使晶体产生不应有的热形变,破坏晶体初始的位相匹配条件,严重影响输出激光的品质和倍频效率。减弱、改善这种情况的关键是准确得出在实际工作条件下晶体内部温度场。利用半解析热分析方法得出了KTP晶体内部温度场的计算方法,分析了各种热参量变化对KTP晶体内部温度场的影响。得出的结果具有一定的普适性,可以应用到具有轴对称形式内热源的其它热模型温度场的计算分析中,对连续波腔内倍频激光系统的设计将起到指导作用。     

连续波激光器腔内倍频晶体半解析分析方法的研究

连续波激光器系统腔内倍频非线性光学晶体吸收基频光辐射产生谐波的同时,也会在晶体内部产生非均匀温升,引起折射率变化,破坏位相匹配条件,影响激光器谐波转换效率.解决问题的关键是准确得出晶体内部温度场.由于激光器中激光模式和边界条件的复杂性,无法得到温度场的解析解.利用半解析热分析方法得出了晶体工作在TEM00模式下产生的温度场计算公式,分析了对温度场分布的各种影响.所得结果对连续波腔内倍频激光系统设计将起到指导作用.     

腔内I类非临界相位匹配倍频LBO温度分布对转化效率的影响

在腔内倍频激光器中,非线性晶体的温度梯度造成的相位失配是影响谐波转化效率的关键.用半解析热分析方法得出了非线性晶体LBO在不同基频光参量条件下的温度分布,分析了不同参量对晶体温度分布的影响.分析了温度梯度引起的相位失配对谐波转化总效率的影响,并在不同参量情况下对谐波相对转化效率进行了计算.对腔内倍频激光系统的设计有指导...     

基于半导体泵浦倍频绿光激光器的探究性实验设计

为探究在谐振腔中倍频晶体位置对绿光激光器输出功率的影响，利用半导体泵浦固体激光实验仪设计了腔内和腔外倍频绿光的探究性实验。分析了绿光倍频效率与基频光束的功率密度及光斑半径之间的关系，分别测量了磷酸钛氧钾(KTP)倍频晶体位于谐振腔內部和外部不同位置时，532 nm倍频绿光的输出功率。其中在腔外倍频实验中，分别设计了腔外不加透镜时KTP晶体位于腔外不同位置，以及加上透镜时KTP晶体位于聚焦位置两种实验方案。同时，在实验中引导学生利用谐振腔理论和高斯光束传输理论等激光原理计算1 064 nm基频光在腔内外不同位置的光斑半径，分析了KTP晶体在不同位置时532 nm倍频光输出功率出现差别的原因，以及利用透镜聚焦提高激光功率密度以达到提高倍频效率的方法。     

非线性晶体内腔倍频的温度模式分布

为了提高谐波转换效率和消除温升引起的晶体走离效应，对于非线性晶体温度场分布特点进行了分析与计算.同时研究了基波偏心辐射对KTP晶体温度场的影响.通过对腔内倍频KTP晶体工作特点的分析，建立了方形非线性晶体热模型并首次引入了方形晶体辐射偏心度的定义.基于热传导方程，得到了温度场分布的一般解析表达式.     

激光热效应对PPLN晶体倍频效率的影响

从准相位失配关系出发,研究了PPLN晶体倍频效率与温度的关系,针对温度对折射率与极化周期的影响,分析了激光热效应对准相位匹配系统谐波转换过程的影响。采用有限元分析法计算了PPLN材料内部温度分布状况,并对热效应影响下晶体内部倍频效率变化情况进行了计算。计算结果表明:在不同基频光功率密度下,在倍频过程中晶体温度及通光方向截面折射率的分布不同,在倍频晶体出射面倍频效率的分布也不同;随基频光功率密度增大,晶体整体温度与折射率增大,出射端面倍频效率分布随基频光功率密度变化而变化;与理想条件倍频系统相比,激光热效应对晶体倍频效率有一定的影响。     

LD抽运的折叠腔Nd∶YVO4/KTP倍频红光激光器

对LD端面抽运的Nd∶YVO₄/KTP腔内倍频激光器的三镜折叠腔结构进行优化设计,研究了总腔长、输入镜曲率半径和Nd∶YVO₄和KTP晶体的热效应对激光谐振腔的稳定区域、Nd∶YVO₄晶体内基模光束半径的影响。实验结果表明:该方法所得出的结论与理论相吻合。在实验中比较了折叠腔不同折叠角度的红光输出功率,并获得了最佳折叠角度为25°,其有效倍频效率为10.8%。最后使用基频光的偏振特性与KTP的相位匹配之间的关系对实验结果进行理论解释。     

104 W内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配,同时兼顾了Nd:YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应,设计了热稳定谐振腔;实验中采用80个20 W激光二极管阵列侧面抽运Nd:YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体(在27℃时相位匹配角为φ=23.6°;θ=90°,尺寸为7 mm×7 mm×10 mm)内腔倍频技术,谐振腔腔长为530 mm,KTP晶体的冷却温度为4.3 ℃,抽运电流为18.3 A时,实现平均功率达104 W、脉冲宽度为130 ns的532 nm激光输出;其重复频率为20.7 kHz.光-光转换效率为10.2%.     

LD泵浦Nd:YVO4晶体KTP腔内倍频红光激光器

报道了激光二极管泵浦Nd∶YVO4晶体,Ⅱ临界相位匹配KTP晶体腔内倍频红光激光器.通过对激光晶体热效应的考虑,设计了热不灵敏腔 ,最大获得了273mW 671nm红光输出.     

LD泵浦Nd∶YVO_4晶体KTP腔内倍频红光激光器

报道了激光二极管泵浦 Nd∶YVO4 晶体 , 临界相位匹配 KTP晶体腔内倍频红光激光器 .通过对激光晶体热效应的考虑 ,设计了热不灵敏腔 ,最大获得了 2 73 m W671 nm红光输出     

高功率全固态绿光激光技术研究进展

 报道了高功率全固态腔内和腔外倍频两种绿光激光器研究进展。腔内倍频绿光激光器采用L型腔双棒串接结构,在重复频率10 kHz时,用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率186 W,光-光效率达15.8%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器,在重复频率400 Hz时,获得基频激光单脉冲能量1.2 J,采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔外倍频,获得525 mJ的绿光输出,倍频效率为43.7%。采用偏振合成技术获得了单脉冲能量大于1 J的绿光输出。在该激光放大器实验装置上,进行了双模块热效应补偿技术和受激布里渊散射相位共轭技术实验研究,改善了激光光束质量。     

基于Nd∶YAG/Cr∶YAG复合晶体的全固态紫外激光器

被动调Q产生1064 nm脉冲激光在腔外聚焦后入射到KTP中,产生532 nm的倍频光,再通过LBO和频产生355 nm激光。当抽运功率为3.4 W时,基频光调Q输出平均功率为350 mW,峰值功率达3.5 kW。腔外二倍频532 nm绿光输出平均功率为110 mW,用Ⅰ类相位匹配LBO晶体和频获得36 mW的355 nm的紫外激光输出,三倍频效率(1064~355 nm)达到10.2%。由于Cr∶YAG晶体达到饱和吸收后,会呈现出各向异性的特征,对基频光的偏振状态有很大影响。实验中必须合理放置复合晶体,使基频光的偏振状态为近似线偏振以提高转换效率。     

利用PPKTP晶体倍频产生397.5nm激光的实验研究

使用周期性极化(PPKTP)晶体进行了795nm激光倍频的实验研究.实验中,基频(795nm)激光通过锥形放大器(TPA)实现了激光功率放大(400mW),再经过光纤整形后功率输出达100mW以上.将该激光单次通过PPKTP晶体,我们测量了倍频效率随晶体温度的变化关系.再将PPKTP晶体放入红外谐振倍频腔内,在最佳匹配温度和红外光共振条件下,获得了近14mW的397.5nm紫外光,倍频效率为13%.     

双折射滤光片消除激光热致双折射的研究

详细研究了双折射滤光片(BF)在宽带增益激光器中对腔内倍频效率的影响,发现它不仅可以压缩基频光线宽,还可以有效补偿腔内元件的热致双折射,减小腔内损耗,大幅度提高腔内倍频效率.另外,由于补偿了热致双折射,提高基频光的偏振度,减小了两个正交偏振模耦合,有效改善了谐波的稳定性.实验中发现热效应不仅来源于激光晶体,非线性晶体也有相当大的贡献,还分析了滤光片的位置对热致双折射补偿的效果和腔内损耗的影响.     

LD泵浦Nd:YVO4晶体KTP腔内倍频红光激光器

报道了激光二极管泵浦Nd:YVO₄晶体,临界相位匹配KTP晶体腔内倍频红光激光器.通过对激光晶体热效应的考虑,设计了热不灵敏腔,最大获得了273mW 671nm红光输出.     

输出镜反射性对Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响

研究了V型腔Nd∶YVO4/KTP绿光激光器中的输出镜反射相移的产生原因。结合Ⅱ类相位匹配KTP倍频晶体的倍频特性,首次分析了反射相移对腔内基频光偏振特性及Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响。结果发现:当反射相移△在0～π范围内变化时,倍频效率随△的增大而降低;当△<2°时,倍频效率相对于理想情况下降幅度很小,可忽略不计。利用矩阵法对输出镜多层膜特性进行了分析,通过合理控制入射角度,减小了反射相移,提高了激光器的倍频效率。     

LD侧面抽运Nd∶YAP腔内三倍频蓝光激光器

研制了一台LD侧面抽运Nd∶YAP腔内三倍频447.1nm脉冲蓝光激光器.采用列阵高频激光二极管侧面抽运Nd∶YAP晶体,使用V型折叠腔,LN晶体电光调Q,输出高峰值功率的1341.4nm偏振基频光.选取KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配倍频,获得670.7nm红光.使用LBO晶体Ⅰ类临界相位匹配把670.7nm的倍频光与1341.4nm的基频光进行和频,获得三倍频447.1nm的蓝光输出.实验结果表明:优化后的V型折叠腔,可提高非线性转换效率,在平均抽运功率92.4W时,获得了平均功率887mW、峰值功率17.7kW、脉宽50ns的偏振蓝光输出,光-光转换效率为0.96%.     

LD侧面抽运Nd:YAP腔内三倍频蓝光激光器

研制了一台LD侧面抽运Nd:YAP腔内三倍频447.1 nm脉冲蓝光激光器.采用列阵高频激光二极管侧面抽运Nd:YAP晶体,使用V型折叠腔,LN晶体电光调Q,输出高峰值功率的1 341.4 nm偏振基频光.选取KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配倍频,获得670.7 nm红光.使用LBO晶体Ⅰ类临界相位匹配把670.7 nm的倍频光与1 341.4 nm的基频光进行和频,获得三倍频447.1 nm的蓝光输出.实验结果表明：优化后的V型折叠腔,可提高非线性转换效率,在平均抽运功率92.4 W时,获得了平均功率887 mW、峰值功率17.7 kW、脉宽50 ns的偏振蓝光输出,光-光转换效率为0.96%.     

利用椭圆高斯光束产生266nm紫外连续激光

本文采用商用532 nm激光器作为基频光源,利用偏硼酸钡(β-BBO)晶体进行外腔倍频,实现了266 nm连续激光的高效输出.文中详细模拟了BBO晶体中的束腰形状对倍频效率的影响,仿真和实验结果均表明椭圆高斯光束可以有效改善走离效应,提高倍频转换效率.通过优化蝶形倍频腔,可以使椭圆高斯光束在腔内共振,当1 W基频光输入时可输出约180 mW的266 nm紫外连续激光,倍频转换效率达到18%.     

104W内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器 ,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔 ,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施 ,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配 ,同时兼顾了Nd∶YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应 ,设计了热稳定谐振腔 ;实验中采用 80个 2 0W激光二极管阵列侧面抽运Nd∶YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体 (在 2 7℃时相位匹配角为 =2 3.6° ;θ =90° ,尺寸为 7mm× 7mm× 10mm)内腔倍频技术 ,谐振腔腔长为 5 30mm ,KTP晶体的冷却温度为 4 .3℃ ,抽运电流为 18.3A时 ,实现平均功率达 10 4W、脉冲宽度为 130ns的 5 32nm激光输出 ;其重复频率为 2 0 .7kHz。光光转换效率为 10 .2 %。