激光二极管阵列侧泵浦Nd：YAG板条的热效应

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Nd∶YAG激光器的特性及应用

激光是60 年代初出现的一种新型光源,激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性,引起普遍重视,并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。

激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物,激光在70 年代开始广泛用于临床;90 年代,随着新型激光器的研制成功,激光与医疗、生物组织科学紧密结合,研究范围日益扩大。

Nd:YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式(连续、脉冲) 等特点,在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的, 不同波长的Nd:YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用,可以获得良好的疗效。

医用Nd:YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛,特别是治疗皮肤色素性疾病,有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点,本文主要介绍Nd:YAG 激光器的特性以及在治疗皮肤疾病方面的应用,使读者了解各种激光器的性能及不同种类激光治疗仪的治疗效果。

一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统,称为激光器。

一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。

自1960 年第一台激光器诞生以来,已有上百种激光器问世。

形形色色的激光器彼此之间差异极大,根据产生激光的工作物质,有气体、液体、固体和半导体激光器等。

固体激光器是以固态基质中掺入少量激活元素为工作物质的激光器,工作物质的物理化学性能主要取决于基质材料,而其光谱特性主要由发光粒子的能级结构决定。

但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。

用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。

发光粒子称为激活离子,最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。

例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石,就是掺入极少量铬离子的刚玉。

以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG) 晶体为工作物质的激光器,称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。

泵浦Nd：YAG激光器

LD侧面泵浦Nd：YAG激光器的研究摘要介绍了YAG晶体的性质以及与其他类似晶体的比较，介绍了固体激光器泵浦的两种方式:端面泵浦和侧面泵浦，并主要分析了侧面泵浦的优点。

设计和分析了一种侧面泵浦结构的固体激光器，通过选取合适激光晶体（Nd：YAG晶体），进行侧面泵浦。

在泵浦光反向冷却套侧壁镀高反射金膜，使激光棒侧向均匀泵浦，实现低阶膜输出。

对激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG 激光器的热效应进行了分析，通过热传导方程的推导和分析，得出YAG晶体内的温度分布情况，以及对各种可能的结果进行了数值模拟和分析，得到了一些影响YAG晶体内的温度分布的因素。

关键词：固体激光器；LD侧面泵浦；Nd：YAG晶体；热效应The Study on LD Side-pumped Nd：YAG LaserAbstractDescribed the nature of the YAG crystal and other similar comparison of crystal, introduced a solid-state laser pumped in two ways: end-pumped and side-pumped. And the main analysis of the advantages is on side-pumped. Design and analyse a side-pumped solid-state laser. By choosing a suitable laser crystal (Nd: YAG crystal), For side-pumped. In the reverse cooling pump sets highly reflective gold-plated wall membrane, So that the lateral uniformity of the laser rod pumped to achieve low film output. Of the laser diode side-pumped Nd: YAG laser thermal effects are analyzed. Heat conduction equation through the derivation and analysis within the YAG crystal temperature distribution, As well as the range of possible outcomes of a numerical simulation and analysis, have been some impact on the temperature inside the YAG crystal is a factor.Key words：solid state laser ; LD side-pump; Nd：YAG crystal；Thermal effect目录摘要 0ABSTRACT (1)1 绪论 (3)2 激光器 (4)2.1激光器简介 (4)2.1.1 什么是激光器 (4)2.1.2 激光器工作原理 (4)2.1.3 激光工作物质 (4)2.1.4 激励(泵浦)系统 (5)2.1.5 光学共振腔 (5)2．2固体激光器 (5)2.2.1 什么是固体激光器 (5)2.2.2 Nd:YAG晶体 (6)2.2.3 ND：YAG激光器 (7)2.3LD泵浦固体激光器 (7)2.3.1 LD泵浦固体激光器的优点 (7)2.3.2 侧面泵浦 (8)2.3.3 LD泵浦固体激光器的发展状况 (9)3 LD侧面泵浦ND：YAG激光器 (10)3.1LD侧面泵浦N D:YAG激光器的设计与分析 (10)3.1.1 阵列管泵浦源结构分析 (10)3.1.2 激光晶体棒选取 (10)3.1.3 聚光结构设计 (12)3.2模拟分析与推导 (12)3.2.1 泵浦高斯光强修正 (12)3.2.2 热传导方程与温度场 (13)3.2.3 激光棒内的温度分布 (13)3.2.4 激光棒内的热应力和热应力双折射 (14)3.3讨论 (17)4 总结 (18)致谢 (18)参考文献 (19)1 绪论世界上第一个激光器的成功演示距今已经40多年了。

传导冷却侧面抽运Nd_YAG脉冲激光器

有较高的流速，结构设计非常复杂，体积相对比较庞大；第２种方式是热电致冷（ＴＥＣ）激光二极管（ＬＤ）阵列，激光晶体用传导系数大的金属介质传导冷却，该方案的优点是，控温精确，冷却效果好，体积小，可按设置温度冷却，缺点是内外温度梯度大形成凝露现象，只适用于中小功率激光器。［４～７］
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光学学报
反射镜表面的凝露现象。因此，对传导冷却的固体激光器来说，激光器的热传导和机构设计就成为重要的因素。［８］
本文采用传导冷却，设计了一种抽运结构，有效地达到散热效果。采用隔离密封技术，消除内外温度差引起的激光器低温工作产生的凝露现象。通过这种新型的抽运结构，提高了系统效率和稳定性，获得了高功率的脉冲激光输出。
收稿日期：２０１０－０８－０５；收到修改稿日期：２０１０－１１－０２作者简介：肖崇溧（１９８２— ），女，博士研究生，讲师，主要从事固体激光器方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｃｌ＠ｍａｉｌ．ｊｌｓｔｅ．ｃｏｍ．ｃｎ导师简介：万春明（１９５９— ），男，博士，教授，博士生导师，主要从事激光器方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｃｍ＠ｃｕｓｔ．ｄｅｕ．ｃｎ
第３１卷第４期２０１１年４月
光学学报ＡＣＴＡＯＰＴＩＣＡＳＩＮＩＣＡ

热助推泵浦Nd_YAG激光器热性能研究

第40卷　第1期激光与红外Vol.40,No.1　2010年1月 LASER　&　I N FRARE D January,2010 文章编号:100125078(2010)0120041203・激光器技术・热助推泵浦Nd∶Y AG激光器热性能研究晏思平,王德良,路英宾,王颖麟,高剑波,陈德章,卿光弼(西南技术物理研究所,四川成都610041)摘　要:采用热助推泵浦技术,实现了885nm LD热助推泵浦的板条Nd∶Y AG脉冲激光器运转。

从粒子跃迁机理上对热助推泵浦方式做了理论分析,并通过实验验证了885n m热助推泵浦相对于802n m泵浦的优势。

885nm热助推泵浦的光光效率比802nm泵浦方式提高了26%,废热产生则减少了约23%,结果表明热助推泵浦方案在热性能相对传统泵浦有明显的优势。

关键词:激光器;热效应;热助推泵浦中图分类号:T N248.1 文献标识码:AStudy on ther mal characteristi cs of Nd∶YAG l asersunder ther mally boosted pu mpi n gY AN Si2p ing,WANG De2liang,LU Ying2bin,WANG Ying2lin,G AO J ian2boCHE N De2zhang,Q I N G Guang2bi(South west I nstitute of Technical Physics,Chengdu610041,China)Abstract:Ther mally boosted pu mp ing sche me is adop ted,pulse laser e m issi on successfully is de monstrated in a slabNd∶Y AG crystal under LD ther mally boosted pu mp ing at885n m.Theoretical analysis of ther mally boosted pu mp inghas been done according t o particle transiti on,experi m ental comparing bet w een885nm ther mally boosted pu mp ingand802n m traditi onal pu mp ing has been done.The op tical2t o2op tical conversi on efficiency has increased26%thantraditi onal pu mp ing,and heat generated is about23%less than traditi onal pu mp ing.Results reveals that ther mallyboosted pu mp ing sche me has more advantage in ther mal characteristics than traditi onal pu mp ing sche me.Key words:lasers;ther mal effects;ther mally boosted pu mp ing1　引　言热助推泵浦方式是由以色列科研人员Raphael Lavi等提出的[1],是指将处于由基态能级受热分裂出的斯塔克能级上的激活离子直接抽运到激光上能级4F3/2,而传统泵浦方式是将基态能级中的激活离子抽运到能级4F5/2,再弛豫到4F3/2能级。

激光二极管端面泵浦Nd：YVO4／YVO4复合晶体激光器热效应研究

１晶体热效应分析
１１热模型．
Байду номын сангаас
晶体在连续泵浦情况下，达到热平衡时，热传￣Ｐｉｏ方程可写为ｏｓｎｓ
旦
＋
＋旦
＋ｇ（
，，
）。＝
式中ｇ，，为晶体吸收泵浦光产生的内热源的发热率ｎＹ）们
收稿日期：０７０ — １２０ — ４６
作者简介：明真（１８一）女．东鱼台人，要从事非线性光学及图像处理研究。李９１，山主
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东莞理工学院学报
，，、， ’ ．
２０￣０７１ｚ
体中的温度场分布．定量分析了ＬＤ端面泵浦条件下激光晶体的长度及折射率与温度变化的关系，得到晶体在不同泵浦功率下的热焦距．在此基础上，采用三镜折叠腔，设计出高转换效率ＫＴ腔内倍频连续绿光Ｐ
激光器．当泵浦功率ｌＷ时，得到９３Ｗ０４ｍ和５０Ｗ３ｎ７．３１６ｎ．１５２ｍ的激光输出，最高光一光转换效率分别为
ｑ，）（Ｙ，：
“ ｗＯ
（Ｐ卜
ｑ
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方程（），（）中，１２
，为晶体在，方向上的导热系数，Ｑ，Ｙ为激光晶体中的总热耗，口
为晶体的吸收系数，∞ 为泵浦光束腰半径，，为激光晶体长度。
在本实验采用的ＮｄＹＶＹｔ合晶体中，无掺杂Ｙｔ：ＯｄＶＯ键ＶＯ晶体充当热沉，ｚ向为通光方向，晶方体结构如图ｌ。无掺杂ＹＶ。示Ｏ晶体尺寸为４ｍｍｘｍｍｘｍｍ，ＮｄＹ，４４：ＶＯ晶体尺寸为４ｍｍｘ４ｍｍｘ７ｍｍ。图２冷却装置示意图，晶体置于水冷装置中周边冷却，假设两通光面绝热。为

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd：YAG激光器时变热效应分析

中图分类号：Ｏ４３９；ＴＮ２４；ＴＮ２４８文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１８８４／ＨＰＬＰＢ２０１５２７．０６１００５
相对氙灯泵浦的固体激光器而言，激光二极管阵列（ＬＤＡ）泵浦光谱与增益介质吸收光谱的良好匹配，大幅降低了固体增益介质内的热沉积，但ＬＤＡ泵浦与灯泵浦在结构及光强分布上的差异使介质内的泵浦光强度分布相对集中且不均匀。泵浦光场分布不均匀与介质冷却不均匀的共同作用＿ｌ］，将引起介质在横截面内的温度场分布的不均匀。激光器工作时，介质内温度场分布不均匀将产生热畸变或热透镜效应，而使振荡激光束的光束质量变差。因此，在固体激光器的设计过程中，应首先从模拟增益介质内的温度场分布出发，进而分析增益介质内热应力和热透镜效应的情况及其变化规律，最终确定热效应对激光器的影响大小，选择相应热效应补偿措施，以获得高光束质量激光输出。目前，针对固体激光器热效应研究的文献报道较多，但大多数都是以ＬＤＡ端面泵浦薄片型介质连续或超高频工作的固体激光器热效应为研究对象ｒ５＿８ｌ，且多采用简化的理论模型，而针对脉冲ＬＤＡ侧面泵浦大能量固体激光器瞬态热效应的研究相对较少。本文建立了脉冲ＬＤＡ侧面泵浦棒状固体激光器时变热效应和热焦距的理论计算模型，对介质的时变热效应进行了模拟计算及分析。

高能量激光二极管侧面抽运风冷Nd_YAG脉冲激光器

激光与光电子学进展48,111405(2011)L a ser &Opt oe l e ct ro nics P rogress 2011 中国激光杂志社高能量激光二极管侧面抽运风冷Nd Y AG脉冲激光器杨晓涛马修真刘友(哈尔滨工程大学动力装置电控技术研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要介绍了一种激光二极管侧面抽运的风冷高能量N d Y A G 激光器,当重复频率为30H z 时,峰值功率可达到12M W,脉冲宽度为11ns 。

激光器重复频率为1~30H z 可调,光光转换效率达到13.2%,激光输出波长为1064.2nm,带宽为1nm,光束质量因子M 2为2.85。

针对以往大功率激光器的冷却系统体积大的问题,采用半导体热电制冷(T EC)配合风扇的风冷系统,省去了体积庞大的水冷系统,为整机的小型化提供了可能性。

关键词激光器;风冷;激光二极管侧面抽运;N d Y A G 晶体中图分类号 O434.3 文献标识码 A d oi :10.3788/LOP 48.111405High -Energy LD Side -Pumpe d Q -Switche d Air CoolingNd Y AG Lase rYang Xiaotao Ma Xiuzhen Liu You(Instit ut e of Ma r in e Engine Electr on ic Cont r ol T echn ology ,Ha r bin En gin eer in g Univ er sity ,Ha r bin ,Heilon gjia n g 150001,Chin a )Abstract We report a high -energy LD side -pumped Nd YAG Q -switched laser with air cooling system.The peakpower is 12MW,and the pulse width is 11ns when the repet ition rate is 30Hz.The repetition rate is tunable from1to 30Hz with 1000m J pump energy.The optica -l to -optical effic iency is 13.2%.The c entral wavelength is1064.2nm with bandwidth of about 1nm.The bea m quality facter M 2is 2.85.We adopt a semic onductorthermoelectricity cooling (TEC)system with fan air -cooling system,eliminating the need for a bulky cooling systema s that in traditional high -power lasers.This offers the possibility of miniaturization of the whole laser system .Key wo rds la sers;air cooling;L D sidepumping;Nd YAG crystalOCIS co des 140.3580;140.3480;140.3550收稿日期:2011-06-14;收到修改稿日期:2011-07-26;网络出版日期:2011-09-30作者简介:杨晓涛(1985 ),男,硕士,讲师,主要从事固体激光器及无接触探测技术等方面的研究。

哈激光二极管侧抽运双棒串接准连续Nd_YAG高功率绿光激光器(精)

第 28卷第 8期光学学报Vol. 28, No. 82008年 8月ACTAOP TICA SINICAAugust , 2008文章编号 :025322239(2008 0821543204激光二极管侧抽运双棒串接准连续 N d ∶ YA G 高功率绿光激光器冯忠耀 1李成荣 2李修 3汪俊 4白晋涛 31西北大学物理学系 , 陕西西安 710069;2, 3, 4摘要 (YA G 折叠腔高功率绿光激光器 , 理论分析了热致 , 。

在考虑了补偿后的情况下设计了热 30个 20W 的 LD 阵列侧面抽运的 Nd ∶ YA G 棒和Ⅱ类临界相位匹配H GTR 2KTP , 在抽运电流均为 21. 6A , 重复频率为 27. 2k Hz 时 , 获得了最大平均输出功率为 164W , 脉冲宽度为 130ns 的 532nm 绿光输出 , 光 2光转换效率为 13. 7%, 测得光束质量因子为 M 2x =9. 52, M 2y =9. 86, 不稳定度为 2. 3%。

实验结果显示 , 经补偿后的激光系统能在宽的稳区范围内稳定运转。

关键词激光器 ; 高功率 ; 热致双折射效应 ; 532nm 绿光中图分类号 TN248. 1文献标识码 A doi :10.3788/AOS20082808. 1543L as e r 2Di ode S i de 2P u mp ed Tw o Rods Q u as i 2Co nt i n uo us 2Wa veN d ∶ YA G Gree n L as e rFeng Zhongyao 1 Li Chengrong 2 Li Xiu 3 Wang J un 4 Bai J intao 31Dep a r t me nt of Physics , Nor t hwest U niversit y , Xi ’ a n , S ha a n xi 710069, Chi n a2Physics a n d Elect rical Engi neeri ng Dep a r t me nt , Yuli n U niversit y , Yuli n , S ha a n xi 719000, Chi n a3I nstit ute of Photonics a n d Photo 2Tech nology a n d Provi nci al K ey L abor ator y of Photoelect ronic Tech nology ,Nor t hwest U niversit y , Xi ’ a n , S ha a nxi 710069, Chi n a4School of I nf or m a tion Science a n d Tech nology , Nor t hwest U nive rsit y , Xi ’ a n , S ha a nxi 710069, Chi n aAbs t r act A laser diode (LD side 2pumped two rods quasi 2continuous 2wave (QCW Nd ∶ Y AG green laser has been demonst rated. The influence of thermal biref ringence effect is analyzed. Considering the compensation , a heat 2stablized cavity is designed. In the experiment , two sequent Nd ∶ Y AG rods side 2p umped by 30×20W laser diodes array and type 2Ⅱ critical phase 2matched HA TR 2KTP crystal are used.The spot sizes on rod B as a f unction of pumping current before and after compensation are simulated. The green laser output power of 164W has been measured at single laser diode p umping current 21. 6A , with the repetition rate of 27. 2kHz , pulse width of130ns , optical 2to 2optical conversion efficiency of 13. 7%, beam quality factors of M2x =9. 52, M 2y =9. 86, and output power fluctuation of 2. 3%.The results show that the system can work at wide stable range after the compensation of the thermal biref ringence effect.Key w or ds lasers ; high power ; thermal biref ringence effect ; 532nm green laser收稿日期 :2007212207; 收到修改稿日期 :2008204202基金项目 :陕西省科技创新重大项目 (2006156 资助课题。

LD_侧面泵浦Nd：YAG_激光器介质的瞬态热效应

文章编号：2095-6835（2023）22-0126-05LD侧面泵浦Nd：YAG激光器介质的瞬态热效应杜丹，夏腾（长春中国光学科学技术馆，吉林长春130117）摘要：基于热传导理论建立了LD脉冲单向侧面泵浦棒状Nd：YAG晶体的瞬态温度场分析模型，利用有限元软件模拟了LD单脉冲泵浦和重复脉冲泵浦过程中晶体的瞬态温度场，考察并分析了温度场分布规律及其影响因素。

研究结果表明，单脉冲泵浦过程中的升温阶段，随着泵浦光功率、冷却水温度、吸收系数的增大，晶体中心的温升逐渐增加，而随着对流换热系数的增加，温升逐渐下降；在降温阶段，随着晶体半径和冷却水温度的增大，降温速率下降，而随着对流换热系数的增加，降温速率也增加；对重复脉冲泵浦过程中，占空比越大，引起棒的温升幅值越大、温升的周期性改变程度有所下降。

该研究结果对LD侧面泵浦激光工作物质的热效应研究具有指导意义。

关键词：LD侧面泵浦；瞬态热效应；Nd：YAG；有限元软件中图分类号：TN248文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.22.035短脉冲、长周期泵浦的脉冲激光器，常常会出现热效应的瞬态过程[1]。

当单脉冲泵浦时，晶体的热效应会随时间变化而改变；在周期脉冲泵浦光作用中，激光晶体的热耗也会随之发生周期性变化，最终导致晶体内空间位置的温度跟着发生改变，而且对激光谐振腔也有一定的影响。

在泵浦光脉冲出现的过程中，振荡光受到谐振腔的影响，并且晶体的热效应直接影响着激光谐振腔的构造，从而热效应随着时间变化的这一特性，影响着振荡光的特性。

所以对脉冲泵浦激光晶体内的瞬态温度场研究具有重要意义。

本文分别对单脉冲和重复脉冲过程的单侧泵浦激光介质内的温度分布随时间的变化情况进行了分析，结果可以为研究多侧泵浦激光介质内的温度提供参考。

1物理模型LD阵列单向侧面泵浦棒状Nd：YAG激光器的截面图如图1所示。

图1LD单向侧面泵浦棒状Nd：YAG激光器的截面图考虑晶体对泵浦光的吸收，晶体内单个LD阵列泵浦光场表示为[2]：⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=dyIyxIαωω222expπ2），（式中：I0为沿着激光激光介质轴线z方向单位长度上的泵浦功率的数值；ω为晶体内泵浦光束半径的平均值；α为晶体对泵浦光的吸收系数；d为泵浦光在晶体内传播距离的数值。

脉冲激光二极管端面泵浦Nd：YAG棒时变温度场

（．ｌｇｆＳｉｎｅＸｎＵｉｅｓｙｏｒｈｔｃｒ１Ｃｏｌｅｏｃｅｃ，ｉａｎｖｒｉｆＡｃｉｔｅ＆Ｔｃｎｌｇ，Ｘｎ７０５，ｈｎ；ｅｔｅｕｅｈｏｏｙｉａ１０５Ｃｉａ２ＳｈｏｏｔｒｌＳｉｃｎｎｉｅｒｇｉａｉｅｓｙｏｃｉｃｕｅ＆Ｔｃｎｌｇ，ｎ７０５，ｈｎ）．ｃｏｌｆＭａｅｉｓｃｅｅａｄＥｇｎｅｉ，ＸＵｎｖｒｔｆＡｈｔｔａｎｎｎｉｒｅｒｅｈｏｏｙＸｉａ１０５Ｃｉａ
ｐｌｅａｄｒｐａｕｓｓｗｅｅｑａｉａｖｌａａｙｅｈｅｒｓｌｓｓｗｈｔｗｈｎｒｐａｕｓｓｎ — ｕｐｕｓｎｅｅｔｐｌｅｒｕｎｔｔｅｙｎｌｚｄ．ＴｅｕｔｈｏｔａｅｅｅｔｐｌｅｅｄｐｍｔｉＮｄ：ＡＧｏ，ｔｅｔｍｐｅａｕｅｏｅｒｄｈｓｓｗ—ｏｔｉｔｉｕｉｎｗｉｉ，ａｄｈｓｐｒｏｉａｌｔｂｅＹｒｄｈｅｒｔｒｆｔｏａａｔｏｈｈｄｓｒｂｔｔｔｍｅｎａｅｄｃｌｓａｌｏｈｉｙｄｓｒｂｔｏｆｅｏｅｔｍｅ．ｅｔｍｐｅａｕｅｏｏｓｓａｕｙｃｃｅｏｕｐｐｌｅｒｓｓａｄｂａｗａｓｉｔｉｕｉｎａｔｒｓｍｉＴｈｅｒｔｒｆｒｄｒｅｓｄｔｙｌｆｐｍｕｓｅｎｅｍｉｔｉｉ
李隆１，，聂建萍，２董武威冯小娟，，许启明。（．１西安建筑科技大学理学院，西西安７０５；陕１０５

LD泵浦Nd：YAG热效应研究

模光斑半径较大，从而使损耗大为增大，输出功率急剧下降，以致不出光如果利用此原理测量热焦距，测量值比
实际值－ｉ
算中我们取中间值４％，３２Ｃ３‘］８０乱＝．Ｔ’ －Ｉ，ｒｍ，￣对于高功率泵浦的激光器，１０ｔ ∞ ＝ｏｍ．由以上参数可以求得在各个泵浦功率下的热透镜焦距，如图ｌ所示。
可以以此来测量晶体热透镜焦距的大小而事实上当ｆ大小接近性长时，振荡光基
怒 — ）（ｄ＇ … ｄＴ“ ” Ｎ）ＩＩ
距奢折电热燕矗套式计算热进镜焦矩随幂
浦功率变的曲婪。并且提出了双佃泵浦朴化ｃ喾熟琏镜焦蓖的方法，进行了导计算推
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０、
。
，
＿
Ｎ：ＡＧ热效应研究ｄＹ
张弛李文博
北京交通大学理学院１０４０４０
重
产生丁品体的热累积。晶体中热量的累积
＝
占
时二粗蕾端面泵浦的Ｎ：＾ｄＶ６晶体进行了焦热
将能量传递到了Ｊ刮周的原子中，这样就
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一Ｊ一Ｌｕ３：ＪＩ亡
１．透镜效应孙偿疗法热山ｌ以 … ，２Ｗ泵浦的Ｈ候，可０Ｉ『热透镜焦趴６Ｉ］ｆ，热效应很严］ … 重。住传统的补偿法，除了采片良ｌｊ好的冷去措施９．ｒ以采用光学补偿的办ＩＪ１还Ｉ、ｆ法，在内插人个焦卡川的ｉ透镜，日ｎＩ

激光二极管泵浦YAG-Yb_YAG键合晶体固体激光器热效应分析

激光二极管泵浦YAG-Yb_YAG键合晶体固体激光器热效应分析激光二极管泵浦YAG/Yb:YAG键合晶体固体激光器热效应分析引言：随着激光技术的发展，固体激光器由于其高能量密度、高转换效率、紧凑结构等优势，成为广泛应用于科研、工业、医疗等领域的重要工具。

其中，激光二极管泵浦YAG/Yb:YAG键合晶体固体激光器以其优异的性能表现受到了广泛关注。

然而，在实际应用中，固体激光器的热效应问题成为限制其高功率及长脉冲工作的关键因素。

因此，本文将重点分析激光二极管泵浦YAG/Yb:YAG键合晶体固体激光器的热效应，并探讨其产生的原因以及可能的解决方法。

一、热效应的背景与原因分析固体激光器的热效应主要来源于光学器件吸收光能导致的热量积累，其中包括晶体的吸收损耗、泵浦光功率、激发态浓度等因素。

在激光二极管泵浦YAG/Yb:YAG键合晶体固体激光器中，YAG材料具有较高的热导率，但Yb:YAG材料由于浓度较高和热导率较低，容易产生较大的热效应。

由此引发的热应力、热焦耳效应等问题，限制了激光器的高功率工作。

二、热效应的热力学分析基于热力学原理，我们可以对固体激光器的热效应进行分析。

当光能被固体吸收时，会引起晶体温度的升高。

晶体的温度升高将导致晶体表面产生热导率梯度，产生热应力。

此外，晶体的热膨胀也会引起晶体内部的热应力。

而这些热应力会对晶体的折射率和透过率产生影响，进而引起激光器的波动。

因此，了解热效应的热力学机制对解决固体激光器的热问题具有重要意义。

三、热效应的影响分析1. 激光器输出功率衰减：由于热效应导致产生的热损失，固体激光器的输出功率会逐渐下降，从而影响其使用寿命和性能。

2. 波长色散的变化：热效应会引起晶体的折射率发生变化，从而使得输出激光的波长发生偏移。

3. 光束畸变和模式竞争：热效应可能导致晶体的形状轻微变化，从而使得输出的激光束产生畸变，同时还可能导致多模竞争，影响激光器的模式质量。

四、降低热效应的方法1. 降低泵浦光的功率密度：减小泵浦光的功率密度可以降低泵浦光对晶体的吸收损耗，从而减轻热效应产生的问题。

二极管泵浦固体热容激光器热效应研究

二极管泵浦固体热容激光器热效应探究引言：二极管泵浦固体热容激光器是一种基于固体材料的激光器，其主要特点是激光器晶体中的能级较高，具有较大的固体热容。

热效应是固体激光器中的一个重要问题，热效应会降低激光器的性能和输出功率稳定性。

因此，探究二极管泵浦固体热容激光器的热效应对激光器的优化设计和性能提升具有重要意义。

一、热效应的原理二极管泵浦固体热容激光器中的热效应是由于激光器晶体在光学泵浦过程中吸纳的部分能量被转化为热能而导致的。

晶体具有较大的热容，当光子能量被吸纳后，晶体温度会上升，从而导致晶体的热膨胀。

热膨胀会引起激光器光腔的尺寸变化，从而导致激光器输出功率的变化。

此外，激光腔的尺寸变化还会引起光腔模式的偏移，进一步影响激光器的性能。

二、热效应的影响1. 输出功率的变化：热效应会导致激光器的输出功率发生波动和变化。

当晶体温度提高时，激光器腔内的折射率也会发生变化，导致腔内光的传输特性发生改变，从而影响激光的输出功率。

此外，热膨胀还可能导致腔内激光模式的偏移，使得激光器的输出功率变得不稳定。

2. 光学泵浦效率的降低：在二极管泵浦固体热容激光器中，光子能量被吸纳后会被转化为热能，而不是完全转化为激光光子。

因此，晶体的温度提高会降低光学泵浦效率，导致激光器的发射效果不佳。

3. 激光腔的稳定性降低：由于热膨胀引起的激光腔尺寸变化，使得激光器的腔内模式产生偏移，导致激光输出功率的不稳定性增加。

这将给激光器的应用带来一些困扰，特殊是对于要求高稳定性的应用。

三、热效应的探究方法1. 温度测量：探究热效应的首要任务是对晶体温度进行准确测量。

目前常用的温度测量方法有红外热像仪和热电偶等。

通过对晶体表面的温度分布进行测量，可以了解热效应在激光器中的分布和变化状况。

2. 仿真模拟：借助计算机软件进行热效应的仿真模拟是一种常用的探究方法。

通过建立激光器的热传导方程和热光耦合方程，可以得到激光器晶体的温度分布和热效应对激光器性能的影响。

LDA 侧面泵浦 Nd YAG激光器的热效应分析

第19卷　第2期强激光与粒子束Vol.19,No.2 2007年2月H IGH POWER L ASER AND PAR TICL E B EAMS Feb.,2007　文章编号:　100124322(2007)022*******LDA侧面泵浦Nd:YAG激光器的热效应分析3岱　钦1,2,　李新忠1,2,　王希军1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春130031;　2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘　要:　在高斯光强近似下对泵浦LD光强分布模型进行修正,建立了LDA侧面泵浦固体激光介质内热源分布的数值模型。

用有限元法计算模拟了三角均匀分布侧面泵浦结构激光棒瞬态温升过程及稳态温度分布情况。

讨论比较了泵浦源的高斯强度近似和均匀强度近似下激光棒内温度分布情况,并对激光棒的类热透镜的焦距进行实验测量。

实验和数值计算说明了LDA泵浦结构和冷却场的非均匀分布使实际温度场偏离均匀泵浦时的二次曲线分布模型,激光晶体热效应产生的类透镜会聚作用的不对称导致了激光器输出光束质量在x,y方向上的不同。

关键词:　半导体泵浦固体激光器;　温度场;　热效应;　数值模型;　有限元法中图分类号:　TN248.1 文献标识码:　A 全固体激光器的应用不仅要求固体激光器具有高的激光输出功率,还要求激光具有较高的光束质量。

由于泵浦光场分布和冷却液体的共同作用,使激光晶体内产生的温度场经常是非均匀分布的。

由此产生的晶体热作用对激光光束质量的影响较大,因此,激光器的热效应控制是提高高功率固体激光器光束质量的重要手段之一[125]。

由于激光二极管阵列(LDA)泵浦与灯泵浦在结构以及光强分布上的差异,泵浦光在介质横截面内产生的温度分布不同[627]。

激光器运转时,泵浦光场分布不均匀和激光棒冷却不均匀等原因导致激光棒内部形成非对称温度梯度分布,进而产生热畸变或类热透镜效应,使振荡的激光束的光束质量变差。

Nd∶YAG激光器的特性及应用

一、Nd:YAG 激光器的特性能产生激光的系统,称为激光器。

一台简单的激光器通常由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。

自1960 年第一台激光器诞生以来,已有上百种激光器问世。

形形色色的激光器彼此之间差异极大,根据产生激光的工作物质,有气体、液体、固体和半导体激光器等。

但发光粒子受基质材料的影响,其光谱特性将有所变化,有的甚至变化很大。

用作基质的主要有刚玉、石榴石晶体及各种玻璃等。

发光粒子称为激活离子,最常用的激活离子为钕、铬等稀土元素离子。

例如世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石,就是掺入极少量铬离子的刚玉。

以掺有一定量钕离子(Nd3 + ) 的钇铝石榴石( YAG) 晶体为工作物质的激光器,称为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG) 激光器。

LD单端泵浦变热导率Nd:YAG圆棒热容激光器温度场

LD单端泵浦变热导率Nd：YAG圆棒热容激光器温度场李隆;潘晓瑞;耿鹰鸽【摘要】针对圆棒激光晶体的实际工作情况进行分析研究,以热容激光器的运行模式为依据,从经典热传导方程出发,分别建立泵浦阶段、冷却阶段的热传导模型.然后引入变热传导系数对方程进行求解,分别得到LD单端泵浦和冷却时热容激光器温度场的表达式.同时分析并对比了不同因素,如光斑半径、泵浦时间对晶体温度场的影响.计算结果表明:使用脉冲激光对晶体进行泵浦时,将Nd:YAG晶体的热导率视为常量和变量的情况下,该晶体在泵浦端面获得的最大温升分别为164.84℃、195.58℃.此时激光光斑半径为800 μm,泵浦功率为60W、超高斯阶次为3;该激光晶体的尺寸为Φ20 mm×10 mm,掺钕离子为1.0 at％,吸收系数是0.91 mm-1.计算分析结果对LD泵浦固体热容激光器谐振腔的设计具有借鉴意义.%Aiming at the actual working situation of circle laser crystal,according to the management mode of the circle heat capacity laser,the thermal conduction models of the pump phase and the cooling phase were established respectively based on the classic thermal conduction equation.Then the variable heat conduction coefficient is introduced to solve the equation,and the expressions of the temperature fields are obtained at single-end pump phase and cooling phase.And the influences of different spot radius and pump time on the crystal temperature field are analyzed.The results show that when the pump power is 60 W,the spot radius is 800 μm and the super-Gaussian order is 3,the thermal conductivity of Nd ∶ YAG crystal is regarded as constant and variable,the maximum temperature rise of the crystal is 164.84 ℃,195.58 ℃ at thepump end.The laser crystal has a size of Φ20 mm × 10 mm,and has an absorption coefficient of 0.91 mm-1 for the incident pump light and 1.0 at％for the neodymium-doped ion.The calculated results are helpful to the optimization design and experimental study of LD pumped solid-state lasers.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)011【总页数】8页(P1365-1372)【关键词】圆棒热容激光器;变热导率;温度场;激光器【作者】李隆;潘晓瑞;耿鹰鸽【作者单位】西安建筑科技大学理学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学理学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学理学院,陕西西安710055【正文语种】中文【中图分类】TN248.1随着时代的发展与科学技术的不断提高,近些年来各种功能性很强的激光器都不断涌现,激光二极管泵浦的全固态激光器(Diode pump solid state laser,DPSSL)具有光束质量好、效率高、器件小巧坚固等诸多优点,在工业、国防、军事以及科研等领域得到了广泛的应用。

脉冲泵浦对准三能级Nd∶YAG激光晶体热效应的影响

脉冲泵浦对准三能级Nd∶YAG激光晶体热效应的影响亓凌飞;张志龙;胡文;李健【摘要】对热效应影响严重的准三能级系统激光晶体采用脉冲激光泵浦,在泊松方程中引入矩形方波函数,考虑晶体侧面与冷却液之间的对流传热,以及晶体端面与外界的热传导,建立圆柱形Nd∶ YAG晶体的热传导模型和边界条件,采用有限元差分方法,求解变形后的泊松方程,得到激光晶体内温度的建立过程和临界稳定温度场分布.结果表明,采用脉冲泵浦方式能大大降低晶体内部的温度,有效减小晶体内部的热效应,为准三能级和三能级系统激光晶体的热效应研究提供了参考.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2014(027)001【总页数】5页(P63-67)【关键词】脉冲泵浦;准三能级;泊松方程;热效应【作者】亓凌飞;张志龙;胡文;李健【作者单位】山东师范大学物理与电子科学学院,山东省光学与光子器件技术重点实验室,山东济南250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东省光学与光子器件技术重点实验室,山东济南250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东省光学与光子器件技术重点实验室,山东济南250014;山东师范大学物理与电子科学学院,山东省光学与光子器件技术重点实验室,山东济南250014【正文语种】中文【中图分类】TN248.1随着半导体激光技术的发展，激光能级转换和无辐射跃迁导致的激光晶体热效应对大功率半导体激光泵浦的全固态激光器的转换效率和光束质量等性能产生越来越大的影响，尤其是准三能级激光晶体对应上能级粒子数反转要求高，产生的热效应影响更为严重。

对晶体内温度场等进行正确分析可以为寻求解决热效应的方法提供参考，是全固态激光器件研究中的一个重要方向。

Nd：YAG晶体是最成熟的激光材料之一，其发射的光谱线中有3条强的发射峰，分别对应1 064 nm，1 342 nm和946 nm，其中946 nm谱线通过倍频可产生473 nm大功率蓝光，在信息存储、彩色显示、探测及通讯等科研生产领域应用广泛。

激光器的热透镜效应讲解

新型光学谐振器和热透镜效应Thomas Graf Rudolf Weber, and Hei nz-P Weber Beme Sidlerstrasse 5 大学，CH - 301 2 Beme,瑞士应用物理研究所,概要激光谐振腔支持稳定的振荡的最大功率范围主要是由活性介质（热）材料常数和冷却方法所决定。

通过控制稳定的基本模式操作的功率范围，可以转移到更高的能量，具有特殊的腔设计和腔内光学但稳定范围的宽度不会受到影响。

此外，在泵的活性介质强度增加也加剧了非球面元件的热诱导的扭曲。

因此，开发新颖的谐振器时，分析这些热效应具有重大意义。

我们目前对热诱导的扭曲，一种新型的多棒激光腔，变量配置的谐振器（VCR ）进行分析。

对热效应进行了数值模拟和实验的研究。

我们目前对各种抽水和冷却方案进行比较后发现复合棒端面泵浦激光器提供最有效的冷却。

VCR被开发调控基本模式激光器的功率范围。

由于其能力作为法布里-珀罗谐振器，它克服了稳定性与传统的多棒谐振器相关的问题，并允许一个新的Q开关技术作为一种环形腔运行。

关键词：固态激光器，二极管泵浦激光器，光学谐振器，热透镜效应，热致双折射。

1.介绍二极管泵浦固态激光器，有着广泛的工业和科学应用。

二极管激光器价格的不断下降，应用正在扩展到高功率范围。

此外，泵浦方式的改善使二极管激光辐射高效和紧聚焦到激光材料。

由于大量吸收功率，这将导致强烈的局部加热。

因此，在固态激光材料的热效应已经获得了相当高功率，半导体激光泵浦全固态激光器作为一个发展中的关键问题的重要性被提高。

选中激光材料后，热效应只与冷却的方法有关，然后必须采用适当的谐振器设计。

我们在下面的实验和数值调查报告二极管激光的热效应泵浦全固态激光器和特殊的光学谐振器的发展。

热透镜效应和应力引起的双折射用于比较四种不同的冷却技术。

完全验证的数值有限元（F日代码，它也适用于区分不同的热透镜效应的贡献-比如弯曲的表面和折射率变化与温度和应力性曲折分析高功率激光器的功率调整的极限。

LD端面抽运变导热系数Nd:YAG晶体热效应

LD端面抽运变导热系数Nd：YAG晶体热效应李隆;甘安生;齐兵;支音;王良甚;史彭【摘要】In order to calculate temperature field and thermal distortion field of laser diode end-pumped Nd:YAG crystal, the temperature thermal model of the crystal was built under the condition of thermal isolation of the end face and constant peripheral temperature. Based on the function of temperature of the Nd-YAG crystal depending upon the thermal conductivity and thermal distortion coefficient, after the thermal model of heat conduction equations were solved by means of the Newton tangent method, the general equations of the temperature field and thermal distortion field of the end-pumped rectangular cross section Nd-YAG crystal with variable thermal conductivity and thermal distortion coefficient were obtained. Then the internal temperature field distribution and thermal distortion field were calculated under different of pump power and pump spot size. Results show that under the condition of 0. 01 Nd ion mass fraction, 60W pump power and 450μm pump spot radius, the maximum temperature rise on the end face of the Nd:YAG crystal in 3mm × 3mm x 8mm was 55. 7℃ , and the maximum thermal distortion was 2. 85μm. However, traditionally the thermal conductivity and thermal distortion coefficient were taken as constant, the maximum temperature rise on the end face of the Nd-YAG crystal was 43. 4℃ and the maximum thermal distortion was 2. 84μm.%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.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2012(036)005【总页数】5页(P612-616)【关键词】激光器;热效应;固体激光器;Nd:YAG晶体;导热系数【作者】李隆;甘安生;齐兵;支音;王良甚;史彭【作者单位】西安建筑科技大学理学院,西安710055;西安建筑科技大学应用物理研究所,西安710055;西安建筑科技大学理学院,西安710055;西安建筑科技大学应用物理研究所,西安710055;西安建筑科技大学理学院,西安710055;西安建筑科技大学理学院,西安710055;西安建筑科技大学理学院,西安710055;西安建筑科技大学应用物理研究所,西安710055;西安建筑科技大学理学院,西安710055;西安建筑科技大学应用物理研究所,西安710055【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言Nd∶YAG晶体量子效率高、受激辐射截面大，其结构利于产生高增益、低阈值的激光，成为目前应用于激光二极管抽运全固态激光器(diode pump solid-state laser，DPSSL)较为广泛的晶体之一[1]。

侧面泵浦Nd_YAG连续激光器

第32卷　第4期激光与红外Vol.32,No.4　2002年8月 LASER　&　INFRARED August,2002・激光器技术・文章编号:100125078(2002)0420240203侧面泵浦Nd∶Y A G连续激光器刘　媛,方高瞻,王小薇,刘　斌,马骁宇,肖建伟(中国科学院半导体研究所,北京100083)摘　要:介绍了一种二极管侧面泵浦的Nd∶Y A G连续激光器,采用了简单、实用的侧面泵浦结构,获得37.9W的连续1.064nm的激光输出,斜效率为31.5%,光效率为23.7%。

关键词:侧面泵浦;二极管泵浦头;光纤准直;泵浦腔中图分类号:TN248.1;TN365 文献标识码:ALaser Diode Side2pumped CW Nd∶YAG LasersL IU Yuan,FAN G G ao2zhan,WAN G Xiao2wei,L IU Bin,MA Xiao2yu,XIAO Jian2wei(Institute of Semiconductors,CAS,Beijing100083,China)Abstract:a LD side2pumped cw Nd∶Y A G laser is introduced.By using a simple,practical side2pum ped structure,theoutput of37.9W in1.064nm is obtained.The slo pe efficiency is31.5%and the optical efficiency is23.7%K ey w ords:side2pumped;diode pumped head;fibre align;pump cavity1　引　言进入九十年代以来,随着大功率半导体激光器的制作工艺进一步成熟,大功率半导体泵浦的固体激光器(DPSSL)得到了蓬勃的发展。