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激光二极管端面泵浦激光棒热效应的解析研究

西安交通大学学报 2006年第10期40卷 1098-1102页

作者：李隆史彭陈文甘安生侯洵西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 西安建筑科技大学理学院西安710055

为了解决激光二极管端面泵浦激光棒引起的热效应问题,基于热传导理论,建构了热传导方程新的本征函数解,得出了激光棒内温度场与热形变场的一般解析表达式.该表达式不仅解决了由于棒内热流线径向假设造成的温场计算误差问题,而且解决了... 详细信息

为了解决激光二极管端面泵浦激光棒引起的热效应问题,基于热传导理论,建构了热传导方程新的本征函数解,得出了激光棒内温度场与热形变场的一般解析表达式.该表达式不仅解决了由于棒内热流线径向假设造成的温场计算误差问题,而且解决了使用数值分析方法带来的计算精度不高的问题.研究结果表明,当激光二极管的泵浦功率为20 W、泵浦光斑高斯半径为200μm时,掺钕离子质量分数为0.5%的钒酸钇激光棒泵浦端面具有451.2℃的最高温升和3.42μm的最大热形变量.对激光棒内等温线分布状态分析可以得出,其热流线为非径向分布.与棒内热流线径向假设计算结果对比,激光棒的最高温升值减小了30%.所得结果可以用于激光谐振腔的设计,为减小激光系统的热效应问题提供了理论依据.

关键词：激光二极管端面泵浦激光棒温度场热形变场

激光二极管端面泵浦Nd∶YVO4混合腔板条激光放大器

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激光与红外 2010年第9期40卷 957-960页

作者：李静张恒利 Abdul Raof 崔丽闫莹徐浏辛建国北京理工大学光电学院北京100081 Pakistan Institute of Lasers and Optics Rawalpindi Pakistan 46000

选用光束质量接近衍射极限的种子激光器作为主振荡级激光器的功率放大系统可以同时获得较高的输出功率和良好的光束质量。由于板条晶体的特有尺寸,使得种子激光可以多次通过板条晶体,因此有利于实现高提取效率的激光放大器。Nd∶YVO4晶... 详细信息

选用光束质量接近衍射极限的种子激光器作为主振荡级激光器的功率放大系统可以同时获得较高的输出功率和良好的光束质量。由于板条晶体的特有尺寸,使得种子激光可以多次通过板条晶体,因此有利于实现高提取效率的激光放大器。Nd∶YVO4晶体因为具有比Nd∶YAG更大的受激发射截面和吸收截面、更宽的吸收谱线、输出偏振光等,因而在放大器中应用较多。本文采用侧泵Nd∶YAG棒激光器作为LD端面泵浦Nd∶YVO4混合腔板条激光放大器的种子激光器,种子激光通过整形后,往返3次通过激光晶体实现了功率的放大。实验中在泵浦功率140.9 W,种子功率3.2 W,重复频率20 kHz时,获得了29.5 W的激光输出,提取效率为21.2%,斜效率为35%。

关键词： LD 端面泵浦激光放大器混合腔 Nd∶YVO4

LD泵浦的新型全固态Yb:YAB激光器光学特性的计算

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红外与激光工程 2004年第2期33卷 125-128页

作者：薛迎红王清月柴路孙虹张志刚宋晏蓉居桂方天津大学理学院应用物理系教育部光电信息技术科学重点实验室天津300072 天津大学精仪学院超快激光研究室教育部光电信息技术科学重点实验室天津300072

对一种新型自倍频激光晶体Yb:YAB的能级结构和光谱特性作了分析,利用准三能级的耦合速率方程,得出了LD端面泵浦条件下激光输出的解析表达式。讨论了晶体温度,晶体的有效光学长度,以及输出镜的反射率等因素对激光输出强度和发光阈值的影... 详细信息

对一种新型自倍频激光晶体Yb:YAB的能级结构和光谱特性作了分析,利用准三能级的耦合速率方程,得出了LD端面泵浦条件下激光输出的解析表达式。讨论了晶体温度,晶体的有效光学长度,以及输出镜的反射率等因素对激光输出强度和发光阈值的影响。从理论上对LD端面泵浦的新型全固态Yb:YAB激光器的光学特性进行了系统的计算和分析。

关键词： Yb:YAB晶体端面泵浦光学长度泵浦阈值速率方程

具有三级放大结构的铷蒸气激光系统的优化设计

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红外与激光工程 2016年第11期45卷 85-91页

作者：蒋志刚王浟蔡和高明韩聚洪安国斐张伟薛亮平王顺艳王宏元周杰西南技术物理研究所四川成都610041

由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大,因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外,... 详细信息

由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大,因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外,分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析,最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm,一级主放大级的为5 cm,二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 m W的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时,也评估了采用此设计方案时,整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。

关键词：气体激光器端面泵浦碱金属蒸气激光器 MOPA 密闭蒸气池长度工作温度

LD端面泵浦的高重频Nd:YAG激光器的热效应研究

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红外与激光工程 2004年第4期33卷 358-361页

作者：黄峰汪岳峰牛燕雄军械工程学院光学工程教研室河北石家庄050003

在LD端面泵浦的高重频Nd:YAG激光器的光泵浦过程中产生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。从热传导方程入手,利用有限元法求得激光晶体中温度稳态分布的数值解,同时对其热透镜效应进行了计算分析,在此基础上运用传... 详细信息

在LD端面泵浦的高重频Nd:YAG激光器的光泵浦过程中产生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。从热传导方程入手,利用有限元法求得激光晶体中温度稳态分布的数值解,同时对其热透镜效应进行了计算分析,在此基础上运用传播圆—变换圆的图解分析法进行热稳腔的分离参数设计以补偿热透镜效应。该研究为进一步优化激光器设计,提高激光输出的稳定性奠定了基础。

关键词：端面泵浦温度分布有限元热透镜效应热稳腔

传导冷却端面泵浦板条式激光器谐振腔技术研究

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传导冷却端面泵浦板条式激光器谐振腔技术研究

作者：齐恩宇国防科学技术大学

学位级别：硕士

激光介质的热效应对激光的光束质量有着严重的影响,板条激光介质可以利用Zig-Zag光路周期性穿越温度梯度方向以减小热聚焦及应力双折射效应。采用端面泵浦和传导冷却技术,板条激光器可以得到良好的光束质量和高平均输出功率,这些优点使... 详细信息

激光介质的热效应对激光的光束质量有着严重的影响,板条激光介质可以利用Zig-Zag光路周期性穿越温度梯度方向以减小热聚焦及应力双折射效应。采用端面泵浦和传导冷却技术,板条激光器可以得到良好的光束质量和高平均输出功率,这些优点使其倍受关注,在工业和军事中有着重要应用前景。论文在概述板条激光器的发展,重点介绍传导冷却端面泵浦板条(Conduction-Cooled End-Pumped Slab, CCEPS)激光器的发展及其进展情况的基础上,对基于CCEPS模块的增益发生器与谐振腔进行了研究。本文主要包括以下两部分内容：第一部分为增益发生器设计研究。包括板条几何尺寸结构设计研究和泵浦光耦合系统的设计研究。前者运用几何光学的方法,对影响板条介质填充因子的各因素进行分析,讨论了各因素对填充因子的影响,最后在此基础上设计板条的尺寸、反射周期和入射角度。后者分析了泵浦耦合系统结构及设计思路,利用三维光线追迹的方法,对LD阵列的柱透镜泵浦耦合系统进行了数值模拟研究。随后根据计算结果加工了泵浦耦合系统,实际耦合效果与理论分析基本一致。第二部分运用理论分析和实验验证相结合的方法研究板条激光器谐振腔。计算了厚度方向和宽度方向的稳定／稳定腔各阶横模的衍射损耗,得出其选模效果;与宽度方向采用一维渐变反射率输出耦合镜的计算结果进行比较,得出采用一维渐变反射率输出耦合镜的稳定／非稳定腔能够同时实现厚度方向和宽度方向的选模;随后展开了谐振腔实验研究,采用稳定腔时获得了最大功率142W的激光输出,光-光效率达到33%;采用稳定／非稳定腔虽然输出功率下降不少,但是光束质量明显提高,验证了此前的理论分析。

关键词： Zig-Zag板条激光器端面泵浦谐振腔增益发生器变反射率输出镜

LD端面泵浦Nd:YAG晶体内部纵向增益分布的研究

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LD端面泵浦Nd:YAG晶体内部纵向增益分布的研究

作者：周煌长春理工大学

学位级别：硕士

在激光二极管端面泵浦固体激光器中,影响着输出激光性能的因素有多种,其中泵浦光束的空间分布尤为重要。本文系统地研究了泵浦光的空间分布对激光模式匹配程度的影响,也对此情况下的泵浦光对热分布做了简要分析。本文采用Monte Carlo... 详细信息

在激光二极管端面泵浦固体激光器中,影响着输出激光性能的因素有多种,其中泵浦光束的空间分布尤为重要。本文系统地研究了泵浦光的空间分布对激光模式匹配程度的影响,也对此情况下的泵浦光对热分布做了简要分析。本文采用Monte Carlo光线追迹法,建立了微分高斯光束的数学模型,利用Matlab软件编程模拟了激光二极管端面泵浦激光器激光晶体内部纵向泵浦光分布情况。采用新设计的程序算法,能够充分的将泵浦光束的高斯分布特性考虑在内,能够更精确的再现高斯光束的传输过程。通过对泵浦能量积分计算晶体内基模光模式体积内被吸收的能量值,获得泵浦光在晶体内聚焦光斑的最佳位置。结果表明,能量积分法与模匹配方程求解法所得结果相一致,通过简要的热分布分析也能够说明该最佳聚焦光斑位置的积极影响。通过建立数学模型,能够更进一步的分析泵浦系统的参数改变对最佳位置的影响,以及对激光输出的影响,对激光器泵浦系统的设计提供了有效的参考。

关键词：激光二极管端面泵浦增益纵向分布模式匹配最佳聚焦光斑位置

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高功率光纤激光器端面泵浦耦合系统设计

红外与激光工程 2006年第z3期35卷 203-207页

作者：张俊冯莹魏立安陈爽李南雷曹毓国防科技大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

端面泵浦耦合技术是高功率光纤激光器的常用耦合方式。在不考虑像差的情况下,采用高斯光束传输的 ABCD 定律,参照混合模系数 M^2的定义,研究了 LD 尾纤输出的大功率多模激光耦合进双包层光纤的透镜耦合系统,并结合实验给出了设计实例,... 详细信息

端面泵浦耦合技术是高功率光纤激光器的常用耦合方式。在不考虑像差的情况下,采用高斯光束传输的 ABCD 定律,参照混合模系数 M^2的定义,研究了 LD 尾纤输出的大功率多模激光耦合进双包层光纤的透镜耦合系统,并结合实验给出了设计实例,最后对影响耦合系统的各种因素作出了简要的分析。

关键词：耦合系统类高斯光束端面泵浦光纤激光器

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单端泵浦激光晶体温度分布的半解析热分析

西安交通大学学报 2004年第4期38卷 369-372页

作者：李隆史彭白晋涛西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 西安建筑科技大学理学院西安710055 西北大学光子学与光子技术研究所西安710069

针对目前数值分析法对光纤耦合激光二极管端面泵浦激光晶体温度场研究精确度不高的问题,从解析分析理论出发研究了受到具有高斯分布的泵浦光端面入射的激光晶体内部温度场的分布情况,建立了符合激光晶体工作状态的热模型.通过热传导方程... 详细信息

针对目前数值分析法对光纤耦合激光二极管端面泵浦激光晶体温度场研究精确度不高的问题,从解析分析理论出发研究了受到具有高斯分布的泵浦光端面入射的激光晶体内部温度场的分布情况,建立了符合激光晶体工作状态的热模型.通过热传导方程,利用半解析方法对其进行了求解,得出了激光晶体内部温度场分布的通解形式,同时对影响激光晶体内部温度场分布的各种因素进行了研究.研究结果表明:当使用输出功率为10W的二极管激光器端面泵浦掺钕钇铝石榴石晶体(晶体掺钕离子的质量分数为1 0%)时,在晶体端面获得了49 1℃的最大温升.这种方法还可以应用到激光系统内的其他热问题研究中,为有效地解决激光系统中的热问题提供了理论依据.

关键词：端面泵浦激光晶体半解析方法