高功率二极管激光器面阵四通抽运耦合系统

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一种能补偿热效应的高功率端面泵浦Nd_YVO4激光谐振腔的设计

T el:029******* Email:dav idkwan78@收稿日期:20030422一种能补偿热效应的高功率端面泵浦Nd YVO 4激光谐振腔的设计关俊陈国夫程光华刘畅侯洵(中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学技术国家重点实验室,西安710068)摘要针对激光二极管端面泵浦的Nd Y VO 4全固态激光器,提出了一种利用双晶体,对Nd Y VO 4的热效应进行补偿的方案,同时该方案又能提高最大输出功率,避免由于插入附加光学元件所导致的损耗,满足调Q 以及提高腔内倍频效率的要求关键词谐振腔;热效应补偿;双晶体;端面泵浦;Nd Y VO 4;DPSSL中图分类号 TN248.1 文献标识码 A0 引言激光二极管抽运的全固态激光器(DPSSL)由于其效率高、光束质量好、体积小、寿命长等优点,在测量、遥感、数据存储、医学等领域有着广泛的应用而端面泵浦的DPSSL 以其泵浦光利用光纤耦合时能够实现泵浦源与激光器的有效分离,近年来成为人们研究的热点在众多适合LD 泵浦的激光介质中,Nd Y VO 4晶体由于它的受激发射截面大、吸收系数高、吸收光谱宽、偏振输出等优点而倍受青睐[1]然而Nd Y VO 4晶体的热导率很低,只有YAG 的一半,激光运行时所表现出的强烈的热效应,严重影响了激光器的稳定性和输出光的光束质量,限制了其在较高功率激光器上的应用因此热效应的影响成了当前亟待解决的问题[2]关于解决热透镜的问题除了设计热稳腔外,还可以对热透镜效应进行补偿[2~4],但以前报道的热效应补偿方法都是通过加入附加的光学元件,增大了损耗降低了输出功率;本文根据几何光学原理,用两块激光晶体产生的热透镜组成共焦系统,能够有效地避免热透镜效应导致的输出功率下降、激光腔的热稳定性差和输出光束质量变差等问题,提出一种既能补偿热透镜效应又能提高最大输出功率的激光腔的设计1 谐振腔的设计与分析1.1 腔的设计本文针对端面泵浦的Nd Y VO 4调Q 、腔内双通倍频激光器进行设计,考虑图1所示的LD 双端泵浦Nd Y VO 4Z 型谐振腔泵浦光的光路为:LD 1(2)Focusing Optics M 1(M 2);而M 1 L 1 Nd Y VO 4L 2 Nd Y VO 4 L 3 L 4(调Q 晶体) M 3 L 5(倍频晶体) M 4则构成了振荡光路其中,两块相同的激光晶体相对旋转90!放置(对此将在后面有详细的说明和分析),并且光路中的相应光学元件已经按合适参数镀膜下面以Nd Y VO 4发射波长1064nm 为例,利用传输矩阵对图1所示的谐振腔进行设计和分析:由于调Q 晶体、倍频晶体的光学长度相对于各段光路来说是小量,所以在此忽略它们对传输矩阵的影响图1 LD 端面泵浦Nd Y VO 4Z 型谐振腔Fig.1 Ld end pumped Nd Y V O 4Z cavit yM 1、M 2为平面镜;M 3、M 4为凹面镜,其曲率半径分别为R 3、R 4;M 3的折叠角为 ;两块同样的NdYVO 4晶体的长度为L ;晶体中产生的热透镜焦距的取值由文献[5]中的式(13)计算得到,并且认为热透镜位于晶体的中间且两块晶体中产生的热透镜参数相同以紧贴M 4的左端面的平面为参考平面,则谐振腔内子午面和弧矢面上,傍轴光线往返一周的变换矩阵为M t =A t B t C t D t =1L 50110-2/(R 3c os)1∀1L 4011L 3011L /2n 0110-1/f t 11L /2n 01∀1L 2011L /2n 0110-1/f t11L /2n11L 101∀第32卷第12期2003年12月光子学报ACTA PHOTONICA SINICAVol.32No.12December 20031L1 011L/2n0110-1/f t11L/2n11L201∀1L/2n 0110-1/f t11L/2n011L311L401∀10 -2/(R3cos )11L50110-2/R41M s=A sB sC sD s=1L50110-2cos /R3)1∀1L4011L3011L/2n0110-1/f t11L/2n01∀1L2011L/2n0110-1/f t11L/2n011L101∀1L1011L/2n0110-1/f t11L/2n011L201∀1L/2n0110-1/f t11L/2n011L3011L401∀10-2cos /R3)11L50110-2/R41首先,利用数值计算并结合实际中易实现的原则选取一组理想的参数:L=5mm,L1=10mm,L2=180,L3+L4=145m m,R3=150mm,R4=50mm;为了实际中易于调整,选取腔定性最为敏感的折叠角和短臂L5为变量根据腔的稳定条件:G t<1且G s<1(G i=|D i+A i|/2,i=t和i=s分别对应于子午面和弧矢面的光束) 同时,为了保证较高的倍频效率,还应该使L5上的束腰处(置放倍频晶体的位置)的像散尽量小,为此设置在该处的像散要求:|R t-R s|<0.003mm;|w t-w s|<0.003mm 其中R i=2B i/(D i-A i),w i=2 |B i|/[4-(D i-A i)2]分别为L5上束腰处的子午面和弧矢面内的等相位曲率半径和光斑半径和L5取值范围分别为:#[0,80!],L5#[0,250mm],做出二者在f t#[140mm,∃]上的三维立体图1.2 腔的稳定性分析在三维图上选取满足对f t#[140mm,∃]都稳定的值,结合实际选取 =10!,利用数值计算做出L5,f t的稳区图,如图2;为了比较,在其它条件不变的情况下去掉图1所示的右边激光晶体,并做出其L5,f t的稳区图,如图3 比较图2和图3可以看出,利用双激光晶体进行补偿后L5,f t稳区图明显加宽,并且从图2中还可以看出,利用双激晶体进行补偿后,当L5取[105,120]mm上的任何一个值时,腔在热透镜焦距f t[140mm,900]上都是稳定的,这大大提高了腔的热稳定性图2 利用双激光晶进行补偿后的稳区图Fig.2 T he stable zone with compensated by tw in laser crystals图3 没有利用双激光晶体进行补偿(单个激光晶体)的稳区图Fig.3 T he stable zone without compensated by tw in lasercr ystals1.3 倍频效率分析为了保证倍频效率,一般把倍频晶体放在L5臂上的束腰位置,并且使光束在倍频晶体处的像散尽量小,这一点我们在前面的数值计算中已经保证;此外,减小束腰位置的变化量和束腰半径的变化量也是提高倍频效率和激光器稳定性的重要措施;从图4中可以看出,热透镜焦距f t在[140mm,900]上变化时,在利用双激光晶体进行热效应补偿的情况下,L5臂上的束腰位置r20t/r20s(t和s下标分别表示子午面和弧矢面内的参量,下同)的变化量在10mm以下,而采用单块激光晶体时,L5臂上的束腰位置r10t/r10s的变化量则大得多图5则表明:热透镜焦距f t在[140mm,900]上变化时,利用双激光晶体进行补偿后,L5臂上的束腰半径w20t/w20s变化很小变化率小于14%,特别是在140~700m m范围内w20t/w20s几乎不变;而在此范围内,采用单激光晶体时的w10t/w10s的变化则很大所有的这些都说明,利用双图4 束腰位置r20t/r20s,r10t/r10s随f t的变化Fig.4 Waist location r20t/r20s,r10t/r10s as a function of f t141912期关俊等.一种能补偿热效应的高功率端面泵浦N d Y V O4激光谐振腔的设计图5 束腰半径w 20t /w 20s ,w 10t /w 10s 随f t 的变化F ig.5 Spot radii w 20t /w 20s ,w 10t /w 10s as a function of f t激光晶体进行补偿后在提高倍频效率上也有较大的优势1.4 输出光束质量分析为了增大散热面积,一般将四方系的Nd Y VO 4晶体切割成m %m %n 的形式,并且采用周边强制冷却的方式;而为了利用Nd Y VO 4的偏振输出特性,通常都是使晶体的四次旋转对称轴(光轴)垂直于光轴放置这样,由于在振荡光通过的截面内晶体具有各向异性,导致了在相同温度边界条件下在x 与y 方向上有不同的温度梯度,进而导致在x 和y 方向上的热透镜焦距不同,这一点已经由文献[7]证实所以在利用单激光晶体且没有进行相应补偿的情况下,输出的光束质量较差;而在利用如图1所示的双激光晶体结构时,如图6所示,将两块晶体相对旋转90!放置,其中,s &,和s ∋分别表示平行与光轴面与垂直与光轴面由于振荡光束在s &面和s ∋面都经历了相同的屈光度(均为1/f t &+1/f t ∋,f t &,f t ∋分别为s &面和s ∋面内的热透镜焦距)所以可以补偿光束的畸变而得到较好的光束质量图6 两激光晶体相对旋转放置示意F ig.6 Relative placement of tw in laser cr ystals2 结论我们提出了一种利用晶体本身的热效应来进行(自补偿),这种补偿有以下几点优势:1)由于随着泵浦功率变化,两晶体内产生的热透镜做同样的变化,这样热透镜的补偿范围(泵浦功率的变化范围)就更宽,腔的热稳定性更好2)由于在光路中不引入导致谐振腔调整困难的透镜以及其它任何附加光学元件,减少了反射和吸收等损耗,提高了效率和输出功率3)由于晶体中的热效应所产生的热应力不能超过Nd Y VO 4的断裂应力,所以单位增益介质上存在最大泵浦功率及输出功率极限,亦即Nd Y VO 4激光器的定标问题[8] 而采用双晶体结构时,在补偿热效应的同时增加了增益介质,减少了每块增益介质上所承担的泵浦能量,所以可以承受总体更高的泵浦能量进而可以获得更高的输出功率极限4)由于光束在连续通过两块相同条件下的激光晶体时,经历了相反的纵向温度梯度,补偿了晶体中的由于纵向分布的温度梯度所导致的热效应;同时,由于振荡光通过两块激光晶体时,在子午面和弧矢面经历了相同的屈光度补偿了由于晶体的热效应横向各向异性造成的椭圆型光斑;所有这些都有利于提高光束质量,这是其他补偿方法很难达到的5)由于Nd Y VO 4为单轴晶体且具有偏振吸收和偏振激发特性,它的热致双折射效应相对于其本身的双折射来说可以忽略,所以Nd Y VO 4晶体的热效应不会产生退偏损耗,因而两块激光晶体之间不需要加入旋转片;而当采用Nd Y AG 做激光晶体时,由于其为立方系晶体且非偏振激发而会产生热致双折射,在采用本文所提出的腔的结构时,不但可以补偿热透镜效应而且参考文献[9]和[10]等分别从理论和实验上已经证明在两块Nd Y AG 晶体之间加入90!旋转片后还可以补偿热致双折射和退偏损耗通过数值模拟,证实了这种腔结构设计的优势与可行性,同时也为同类激光器的设计提供了参考参考文献1 白晋涛,张振杰,武自录,等用于飞秒紫外激光产生的L D 泵浦高效Nd YV O 4绿光激光器研究光子学报,2000,29(11):1053~1055Bai J T ,Zhang Z J,Wu Z L,et al A cta Phontonica Sinaica ,2000,29(11):1053~10552 尹丽娜,陈莹,陈檬,等大功率L D 端抽运N d Y A G Z 型腔内热效应补偿的研究中国激光,2002,A29(8):673~676Y in L N ,Chen Y,Chen M ,et al Chinese Jour nal ofLasers ,2002,A29(8):673~6763 高颖,黄维铃,刘耀兰,等固体激光器热透镜焦距的自适应补偿中国激光,1999,A26(3):205~208G ao Y,Huang W L ,Liu Y L ,et al Chinese Jour nal of Laser s ,1999,A 26(3):205~2084 张光寅,宋峰,冯衍,等可自适应补偿热透镜效应的固体激光谐振腔物理学报,2000,49(8):1495~1498Zhang G Y,Song F ,F eng Y ,et al A cta Physica Sinica ,2000,49(8):1495~14985Innocenzi M E,Yur a H T ,F incher L ,et al.T her mal modeling of cont inuous w ave end pumped solid stat lasers.A pp l Phy s Lett ,1990,56(19):1831~18336Walter K Solid state laser eng ineering New Yor k:1420光子学报32卷Spr ing er Verlag,19997 郑朝思,胡企铨半导体激光泵浦各向异性介质的热效应中国激光,1997,24(8):679~683Zheng C S,Hu Q Q Chinese Jour nal of L aser s ,1997,24(8):679~6838P eng Xiaoyuan,Xu L,Asundi A,et al Pow er scaling of diode pumped Nd Y VO 4lasers.IEEE JQ uantumElectronics ,2002,38(9):1291~12999Giunliani G ,Paola R.Polarization flip cavities:A new appr oach to laser resonators Op tics Co mmunications ,1980,35(1):109~11210 Y asui K.Efficient and stable operation of a hig h brightnesscw 500W Nd:YAG rod laser.A p p l Op tics ,1996,35(15):2566~2569Design of Thermal Effect Compensation Resonator for a Sort of High powerEnd pumped Nd Y VO 4LaserGuan Jun,Chen Guofu,Cheng Guanghua,Liu Chang,H ou XunS tate K ey L aborator y of T ransient Op tics T echnology ,X i ∗an I nstitute of Op tics and Pr ecision Mechanics ,Chinese A cademy of Sciences ,X i ∗an 710068,P.R.ChinaR eceived date:20030422Abstract For diode end pumped Nd YVO 4solid state laser,a scheme employ ing twin laser crystals tocompensate thermal effects is brought forw ard.At the same time laser max imum output can be enhanced,and the loss resulting from additional optical elem ents can be avoided,Q sw itching and efficient frequency doubling can be met in this scheme.Keywords Resonator;Thermal effect compensation;Tw in laser crystals;End pum ped;Nd Y VO 4;DPSSLGuan Jun w as born in 1978,in Zhumadian,Henan Province.H e received the B.S deg ree in M echanical Eng ineering from Xi ∗an Jiaotong University .Now ,he is pursuing his M.S.degree directing by Prof.Hou Xun(Academician of CAS)and Prof.Cheng Guofu in Xi ∗an Institute ofOptics and Precision M echanics .His current interest is in solid state laser.142112期关俊等.一种能补偿热效应的高功率端面泵浦N d Y V O 4激光谐振腔的设计。

高效率、高峰值功率351nm准连续紫外激光器

第４６卷第６期
Ｖｏ１．４６ＮＯ．６
红外与激光工程
Ｉｎｆｒ￣ｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎ￣ｉｎｅｅｒｉｎ
２０１７年６月
Ｊｕｎ．２０１７
高效率、高峰值功率３５１ｎｍ准连续紫外激光器
Ｈｉｇｈｅｉｃｆｉｅｎｃｙａｎｄｈｉｇｈｐｅａｋｐｏｗｅｒ３５１ａｍｑｕａｓｉ — ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌａｓｅｒ
ＣｕｉＪｉａｎｆｅｎｇ，ＧａｏＴａｏ，ＺｈａｎｇＹａｎａｎ２，ＷａｎｇＤｉ，ＹａｏＪｕｎ，ＤａｉＱｉｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ（ＬＤ）ｅｎｄ — ｐｕｍｐｅｄＮｄ：ＹＬＦｑｕａｓｉ — ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ３５１ｎｍｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌａｓｅｒｗｉｔｌ１ｈｉ
ｍｉｒｒｏｒ．Ａｎａｖｅｒａｇｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｔ３５１ａｍｏｆ４５０ｍＷｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄａｔｒｅｐｅｔｉｉｔｏｎｒａｔｅｏｆ１ｋＨｚ，ｐｕｍｐｅｄｐｏｗｅｒｏｆ１４Ｗａｎｄｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｗａｖｅｏｆ１．４５Ｗ．Ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌ — ｔｏ・ｏｐｉｔｃｌｃａｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｕｐｔｏ３１．０４％ａｎｄｐｕｌｓｅｗｉｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｈｅｔｐｅａｋｐｏｗｅｒａｓｉｇｈｈａｓ６０ｋＷ．Ｔｈｅｂｅａｍｑｕａｌｉｔｙｉｓｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ；３５１ａｍｕｌｒａｔｖｉｏｌｅｔｌａｓｅｒ；ｅｘｔｒａ－・ｃａｖｉｔｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－・ｔｒｉｐｌｉｎｇ；ｈｉｇｈｐｅｋａｐｏｗｅｒ

二极管侧面抽运薄片激光器耦合系统研究

第35卷，增刊V bl．35S uppl e m ent红外与激光工程I n疳ar ed a nd Las er E n gi n eer i ng2006年10月O ct．2006二极管侧面抽运薄片激光器耦合系统研究张中金1，一，周寿桓1，一，郭丽娜2，唐晓军2，王超2，吕华昌2，杜涛2(1．西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安7l0071：2周体激光技术国家级重点实验室，北京100015)摘要：设计了二极管侧面抽运N d：Y A G薄片激光器，耦合系统由消像差透镜组和空心光波导组成，对二极管快轴和慢轴方向的抽运光进行压缩和均匀化。

采用光线追迹法，同时考虑二极管在快轴和慢轴方向的发散特性及薄片侧面的散射特性，模拟并分析了光线在耦合系统内的传输和薄片内抽运光分布的规律。

模拟结果表明耦合系统具有98．1％的耦合效率，同时薄片内具有理想的抽运光分布．关键词：薄片激光器；二极管侧面抽运；耦合系统；抽运光分布；光线追迹法中图分类号：T N248．1文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增C．0138．05I nV es t i gat i on of coupl i ng syst e m of l aseI．-di ode s i de-pum pedt hi n di s k l as erz}L A N G s hen-ji nl，-，zH ou shou-hu孤1一，G uo Li．na2，吖州G xi ao_j un2，W A N G cha02，LV H ua．ch锄孑，D u Ta02(1．S ch oo l of Tcch∞I ogy Physi cs，xidi柚U n i V ef s i饥X i’强710071，C hi I la；2．N砒i o na l K c y L曲or al o r y of so“d{t a把La鞴r1＆hI dogy’B蜘i ng100015，cl l i呦A bs t阳ct：A l as er-di ode si de-p啪ped N d：Y A G m i I l di sk l嬲er is de si gI l ed．111e cou pl i ng s ys t em i s com po∞d of 觚asti舯at ic l ens锄d hol I ow w aV e-gui de，锄d us ed t o com pr es s t he pu m p apenur e of t he f瓠t锄d s l ow a)【i s of L D 锄d m a k e t he pum p uni f om l y di s廿i but e d．The char a ct e r i s t i c s of pu m p di s仃i but i on of t Il in di s k ar e obtai l l ed姐dal l a l yze d byⅡl e r ay仃aci ng m et hod，肌dⅡl e di V er gen ce char a ct e r i s t i c s off叔a)【i s锄d s l ow a)【i s of L D锄d nl e sc at t er i ng cham ct eri s t i c of nli ll di s k si de ar e hom ogene ousl y cons i der ed dur i I l g t he s i m ul a t i on．The r es ul t s ho w s nl a t t tle co upl i n g e ff i c i e nc y of coupl i I l g s ys t em i s98．1％，and t her e is i de al pu m p di st r i but i on i l l廿li n dis k．K ey w or ds：111i n di s k I弱er；L勰e r．di ode s i de-pum pe d；C oupl i ng syst em；Pum p di s仃i but i on；R ay仃aci I l g m et l l odO引言沉积在高平均功率固体激光器中的激光介质里的废热，不仅会降低激光器的输出特性，甚至还可能会造收稿日期：200鲫8．22作者简介：张申金(1978-)，男，山东新泰人，博士生，主要从事高功率固体激光器、新型固体激光器等研究。

各功率激光的特点.

常见激光技术总结目前常见的激光器按工作介质分气体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器和染料激光器5大类，近来还发展了自由电子激光器。

大功率激光器通常都脉冲方式输出已获得较大的峰值功率。

单脉冲激光指的是几分钟才输出一个脉冲的激光，重频激光指的是每分钟输出几次到每秒输出数百次甚至更高的激光。

一、气体激光器1.He-Ne激光器：典型的惰性气体原子激光器，输出连续光，谱线有632.8nm（最常用），1015nm，3390nm，近来又向短波延伸。

这种激光器输出地功率最大能达到1W，但光束质量很好，主要用于精密测量，检测，准直，导向，水中照明，信息处理，医疗及光学研究等方面。

2.Ar离子激光器：典型的惰性气体离子激光器，是利用气体放电试管内氩原子电离并激发，在离子激发态能级间实现粒子数反转而产生激光。

它发射的激光谱线在可见光和紫外区域，在可见光区它是输出连续功率最高的器件，商品化的最高也达30-50W。

它的能量转换率最高可达0.6%，频率稳定度在3E-11，寿命超过1000h，光谱在蓝绿波段（488/514.5），功率大，主要用于拉曼光谱、泵浦染料激光、全息、非线性光学等研究领域以及医疗诊断、打印分色、计量测定材料加工及信息处理等方面。

3.CO2激光器：波长为9~12um（典型波长10.6um）的CO2激光器因其效率高，光束质量好，功率范围大（几瓦之几万瓦），既能连续又能脉冲等多优点成为气体激光器中最重要的，用途最广泛的一种激光器。

主要用于材料加工，科学研究，检测国防等方面。

常用形式有：封离型纵向电激励二氧化碳激光器、TEA二氧化碳激光器、轴快流高功率二氧化碳激光器、横流高功率二氧化碳激光器。

4.N2分子激光器：气体激光器，输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于10ns，重复频率为数十至数千赫，作可调谐燃料激光器的泵浦源，也可用于荧光分析，检测污染等方面。

5.准分子激光器：以准分子为工作物质的一类气体激光器件。

端面抽运板条放大器抽运均匀性和热效应模拟

端面抽运板条放大器抽运均匀性和热效应模拟侯军燕;汪岳峰;竹孝鹏;黄峰;贾文武;张强【摘要】为了使激光二极管抽运的全固态激光器能够得到高光束质量、高功率的激光输出,对激光介质的温度分布和热透镜效应的研究很重要.利用ZEMAX软件的非序列模块,根据光束追迹的方法模拟了端面抽运结构下,高功率二极管抽运激光放大器的抽运光在增益介质中的光场分布情况.结果表明,此抽运方式下光场分布均匀.将激光介质中吸收的抽运光体功率密度分布结果代入LAS-CAD软件,计算出在种子光未注入和注入情况下,抽运功率为2400W时,增益介质最大温差分别为68℃,54.7℃以及最大热应力分别为90N/mm2,67N/mm2,因此当抽运功率小于2400W,运转的全过程对于激光增益介质是没有威胁的.该模拟结果对于高功率二极管抽运板条激光放大器的设计具有一定参考价值.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)006【总页数】4页(P802-805)【关键词】激光器;板条放大器;端面抽运;温度分布;热应力分布【作者】侯军燕;汪岳峰;竹孝鹏;黄峰;贾文武;张强【作者单位】军械工程学院,光学与电子工程系,石家庄,050003;军械工程学院,光学与电子工程系,石家庄,050003;中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海,201800;军械工程学院,光学与电子工程系,石家庄,050003;军械工程学院,光学与电子工程系,石家庄,050003;军械工程学院,光学与电子工程系,石家庄,050003【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言激光二极管抽运的板条激光器是一种重要的高平均功率固体激光器，是军事和工业领域很有前途的光源。

热致应力双折射、热聚焦和应力断裂效应使得棒状激光介质获得高功率、高光束质量激光输出遇到了困难。

在均匀抽运和冷却条件下，锯齿形板条激光介质能够提供比棒状激光介质较大的增益长度与几何长度的比率，从而提高了效率。

LDA抽运Nd：YAG／LBO单通道腔内和频589nm激光器

ＬＤＡｍｐｄＮｄ：ＰｕｅＹＡＧ／ＬＢＯｉｇｅｐａｓＩｔａ－ａｉｙＳｎｌ－ｓｎｒ・ｖｔｃＳｍ－ｒｑｅｃｉｉｓｒａ９ｍｕｆｅｕｎｙＭｘｉｇ，Ｉｉｇ，ＩＮＬｎ．ｅｇｔＹｎｆＴＮＨｉｎＸＡＱｎ２ＱＡｏｇｓｎｅｍｈ
ｓｒｄｏｅａｒｙｐｍｐｄＮｄＹＡｌｓｒａｅｉｔａｃｖｔｕｆｑｅｃｘｄｉｈｙｅｃｔａｈｓｔｈｄｅｉｄｒａｕｅ：Ｇａｅｒｎｒ—ａｉｓｍｒｕｎｙｍｉｅｎｔｅｔｐ－Ｉｒｉｌｐａｅｍａｃｅｙｅｉｃ
ｔａｈｎ±２％ｗｔｉ．ｘｅｉｎａｓｈｈｗｔａｈｎｒ－ａｉｕｆｑｅｃｘｎｓａｆｃｉｅｍｅｏｏｉｎ４ｈＥｐｒｈｍｅｔｒｕｓｓｏｔｔｅｉｔｃｖｔｓｍ— ｅｕｎｙｍｉｉｇｉｎｅｅｔｔｄｆｒｌｅｈａｙｒｖｈ５９ｍｌｓｒａｄｉＣｅａｐｉｄｔｔｅｒｎｉｏａｅｅｇｈｎＮＹＡＧｏｔｅａｅｒｓａｓｔｂａｎｍｏｅ８ｎａｅ，ｎｔａｂｐｌｏｏｈｒｔｓｉｎｗｖｌｎｔｓｉｄ：ｎｅａｔｒｏｈｒｌｓｒｃｔｏｏｔｉｒｙｌ
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【国家自然科学基金】_高光束质量_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

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2011年科研热词激光器光束质量激光技术固体激光器高重复频率高速摄像高平均功率高功率薄片激光器高功率激光高光束质量非稳腔陶瓷激光器阵列锥度光纤调q 荧光分布腔外倍频窄间隙焊接窄脉冲空间激光器相位共轭镜皮秒激光热管传输热丝灯泵激光焊接激光快速成型激光引信温度分布板条放大器本征矢量工艺参数失调腔垂直腔面发射激光器垂直腔面发射固体激光受激布里渊散射光纤激光光纤放大器光束合成光内同轴送粉传导冷却 355 nm 推荐指数 5 5 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词激光器光纤激光非成像光学锁模透镜导管逆达曼光栅远场分布赤潮监测被动调q 脉冲组合模纳秒脉冲紫外激光短波紫外矩形光斑相干合束热阻热加工激光放大器激光技术激光应用激光加工激光光学温升海洋光学浮标流线法氧化石墨烯氧化孔径板条掺铒光纤激光器微柱阵列实验分析孤子外腔复合抛物面集光器垂直腔面发射激光器固体激光器四倍频周期极化钽酸锂晶体吸收系数同步多曲面法双包层光纤激光半导体激光器半导体工业半分析方法几何光学全固态激光全固态光线三维追迹光束质量光束整形

9 W级高功率SESAM锁模Nd∶YVO4激光器

9 W级高功率SESAM锁模Nd∶YVO4激光器杨西光;王勇刚;王江;汪太进;陈振东【摘要】通过LD端面泵浦Nd∶YVO4晶体,以半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为被动锁模器件,利用ABCD传输矩阵法和MATLAB软件设计具有良好热稳定性和超大稳区的X-型五镜折叠谐振腔,实现了高效率和高功率的连续稳定锁模运转.在泵浦功率30 W时得到1 064nm波长最大9W的稳定锁模输出,脉冲重复频率为108.28MHz,脉宽为9.53ps,对应最大单脉冲能量84.04nJ,激光器的斜效率达到31.7％.以此为种子源放大可直接获得百瓦级高功率锁模激光输出.%High-Power and high efficiency diode end-pumped passively solid-state mode locked Nd:YVO4 laser with excellent thermal stability and super huge stable region has been demonstrated by using a semiconductor saturable absorber mirror (SESAM).The X-type laser resonator is designedby using the ABCD transmission matrix theory and is simulated by MATLAB software.A 9.1 W stable modelocked laser output with repetition rate of 108.28 MHz and pulse duration of 9.53 ps are obtained when the pump power reached 30 W.The corresponding single pulse energy is 84.04 nJ, The optical conversion efficiency and slope efficiency of the laser maser is 30.3％and 31.7％, respectively.and it could be used as a seed laser for a larger oscillator to acquire energy of the order of hundreds wattlaser output.【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(031)004【总页数】5页(P27-30,47)【关键词】LD泵浦;Nd∶YVO4激光;SESAM;被动锁模;皮秒脉冲【作者】杨西光;王勇刚;王江;汪太进;陈振东【作者单位】陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西西安 710119;陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西西安 710119;陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西西安 710119;陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西西安 710119;陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西西安 710119【正文语种】中文【中图分类】TN248.10 引言全固态锁模激光器因具有结构简单、稳定可靠、斜效率高、光束质量好等优点，在国防，工业，医疗和科研等领域有着极为广阔的应用前景[1]. 1992 年，Keller[2]首次把半导体可饱和吸收镜(SESAM)运用于被动锁模激光器. 现在，SESAM已成为商业领域ps量级最理想的被动锁模元件之一[3, 4]，被广泛地用在各种锁模激光器中.近年来,国内外利用SESAM作为锁模元件，在激光二极管(LD)侧面及端面泵浦的多种Nd3+激光器中实现皮秒量级锁模运转[5]. 1999 年，国外已经报道了LD侧面泵浦 Nd：YAG实现10.7 W波长1 064 nm连续锁模激光输出[6]；2009年国防科技大学李霄[7]也利用LD侧面泵浦 Nd：YAG实现9.5 W 的稳定锁模激光输出，脉宽26.4 ps. 国内的相关报道中,Nd∶YVO4连续锁模的激光器直接振荡级输出功率一般较低.2007年蔡志强[8]利用侧面泵浦Nd∶YVO4 晶体，在不同腔型下实现5 W级单路及双路锁模输出；2008年，刘士华[3]利用LD泵浦Nd∶YVO4激光器，在泵浦功率7.5 W时得到2.45 W的输出,光-光转换效率32.7%；2015年，黄玉涛[9]用SESAM作为锁模器件，通过端面泵浦Nd∶YVO4晶体实现了振荡级5.1 W ,脉宽23.7 ps的激光输出，经后级放大后获得44 W的高功率输出.本文采用ABCD传输矩阵理论并利用Matlab模拟设计出具有良好热稳定性和超大稳区的X-型五镜折叠谐振腔. 以Nd∶YVO4作为增益介质，SESAM作为锁模器件，在泵浦功率30 W时获得1 064 nm重复频率为 108.28 MHz、信噪比44 dB、脉宽为 9.53 ps的亚10 ps 量级锁模脉冲输出，最大输出功率9.1 W ，对应最大单脉冲能量84.04 nJ，光谱宽度0.29 nm, 激光器的光光转化效率为30.3%，斜效率达到31.7%.以此为种子源放大可直接获得百瓦级高功率激光输出.1 腔型设计和理论模拟1.1 简介典型的全固态锁模腔型主要有X-型、Z-型和W-型[10]. 在实验中我们采用X-型腔. X-型腔的特点是有良好的热稳定性且增益介质处的基模光斑小，有利于降低锁模阈值和提升非线性效应.锁模激光器谐振腔的设计主要考虑的因素有：SESAM以及增益介质中基模光斑的大小，激光谐振腔的稳区大小以及谐振腔参数的热稳定性. 这些参数直接影响输出锁模光的质量和激光器的运转稳定性.实验中腔型设计我们采用ABCD矩阵原理，利用Matlab 软件进行了大量模拟计算，最终设计出符合要求的谐振腔参数并成功搭建光路实现高功率稳定锁模运转. 1.2 谐振腔设计设整个谐振腔的往返传输矩阵(1)则腔内基模光斑的束腰大小由(2)式给出[11](2)设腔内SESAM 上子午光束和弧矢光束的光斑大小分别为ωt和ωs，为了降低像散，要求子午光束和弧矢光束的光斑大小尽量接近. 引入以下二维正态分布函数(3)式来表征子午光束和弧矢光束的光斑大小的相近性以及与期望光斑大小的符合程度(3)图1 固体SESAM锁模Nd∶YVO4激光器腔型结构图其中二维随机变量为ωt和ωs，分别表示谐振腔内子午光束光斑大小和弧矢光束的光斑大小，且为ωt和ωs相互独立. ω为此二维正态分布函数的边缘分布的期望，也即是期望的光斑大小. 根据正态分布函数的性质，当ωt和ωs越接近期望ω时，函数取值越大. 因而可以用k值来表征腔内实际光斑大小和期望的光斑大小ω的符合程度，k的取值范围为0-1，越接近1表明符合程度越好.其中标准差参数σ=0.011 是一个经过大量试验后确定的一个经验参数.图2 激光器腔内光斑分布曲线通过以上方法最终我们设计的具有良好热稳定性和大稳区的谐振腔如图1所示，采用X-型5腔镜折叠腔. 其中M1 为SESAM，经导热胶粘结在散热铜块上，并借助半导体制冷片对其进行良好的冷却以提高SESAM的工作稳定性. 实验所用SESAM为德国BATOP公司生产，调制深度ΔR=0.5%，非饱和损耗为0.5%，饱和恢复时间为 1 ps，损伤阈值为 1 GW/cm2，饱和通量为90 μJ/cm2；M2和M3为曲率半径R=100的1 064 nm 高反镜； M4为曲率半径R=100且凹面镀1 064 nm高反射膜的泵浦镜；为了获得高功率输出，输出镜M5为10%的输出镜. 各个腔镜之间的距离L1, L2, L3,L4 分别为为 53 mm，930 mm，113 mm，290 mm. 同时，为减小像散，折叠镜的折叠角度要求尽量小，实验三个折叠角θ1 ，θ2 ，θ3的大小分别为22°，9°，12°. 图2为模拟的腔内基模光斑的分布曲线，可以看出在SESAM 位置有一个很小的聚焦点.实验所用泵浦源(PUMP)为北京凯普林光电的30 W LD 泵浦源，采用光纤耦合输出，光纤纤芯直径为100 μm，数值孔径NA=0.22输出波长为808 nm，经准直聚焦镜(大恒光电，耦合比1∶0.8)聚焦到Nd∶YVO4增益介质上，增益晶体采用福晶科技的Nd∶YVO4激光晶体，掺杂浓度为0.7%，体积为3 mm×3 mm×10 mm, 双面镀808/1 064 nm增透膜，晶体用铟箔包裹后涂敷导热硅脂后固定在水冷铜块上.图3为在进行了一些前期运算的基础上，设置 L2和L4 的长度分别为930 mm和290 mm的条件下，利用公式(3)计算的谐振腔稳区模拟结果，模拟中设置SESAM上子午方向和弧矢方向的光斑直径大小的期望值ω为24 μm. 从模拟结果可以看出此谐振腔的L1 和 L3 两臂在一个较大且连续的区域内都有稳区(非蓝色区域)且稳区内腔内光场参数稳定(红色区域)，即即使L1和L3在较大范围内变化也不会引起激光器腔内光场参数的显著变化. 这一优点一方面保证了激光器的运转稳定性，另一方面也降低了激光器的搭建难度，简单的调节立刻能让谐振腔实现连续锁模运转.图3 激光腔稳区范围模拟结果图4 腔内SESAM,晶体以及输出镜位置光斑随热透镜焦距f变化趋势谐振腔的热稳定性也是腔质量的重要判别标准，因此我们也模拟了腔内光场模式随晶体热透镜效应等效焦距的变化情况，选取了SESAM表面，晶体中腔内光腰位置，以及输出镜三个位置的子午光斑变化作为判断依据，模拟结果如图4所示.可以看出X-型腔具有很好的热稳定性，只有当热透镜焦距f小于60 mm以下时，才会对腔内光场分布造成明显影响.实验过程中由于泵浦光的光斑最小直径在100 μm左右，而M3和M4中间的最小基模光斑半径在40 μm左右，为了充分利用泵浦光获得高功率激光输出，晶体的实际位置在靠近泵浦源一侧，偏离M3和M4 的中间10 mm处.此位置处晶体中间的基模光斑半径为80 μm.定义抽运系数K=ωp/ωc,其中ωp和ωc分别为泵浦光和腔内基模激光的束腰半径，则此时的抽运系数为K=0.625.2 实验结果通过仔细调节腔镜使激光器运转并实现稳定锁模. 实验中用光电探测器 (DET10 Thorlabs, Inc.) 接收激光脉冲信号，并分别连接至数字示波器(RTE1104, Rohde & Schwarz, Inc.) 、频谱仪 (FSL SPECTRUM ANALYZER, Rohde & Schwarz, Inc.) 和光谱仪(AQ6370D, YOKOGAWA, Inc.) . 激光器的输出功率随泵浦功率的变化曲线如图5(a) 所示：激光器的出光阈值为1.3 W, 当泵浦光功率增加到2.2 W 时，激光器实现调Q锁模运转，2 μs和400 ns分辨率下的调Q锁模波形如图5(c)所示，此时输出功率318 mW , 继续增加泵浦功率到3.5 W时，激光器实现稳定锁模运转，此时输出功率858 mW，最终在泵浦功率达30 W时实现了9.1 W的高功率连续锁模输出，对应的最大单脉冲能量达 84.04 nJ. 输出功率与泵浦功率基本呈线性关系，激光器的光光转化效率为30.3%，斜效率达到31.7%.图5(d) 为泵浦功率18 W时500 μs和20 ns示波器显示尺度下连续锁模的波形图，可以看出激光器锁模运转良好，没有出现调Q 锁模现象.图5(b)为泵浦功率18 W时输出激光的频谱图，中心频率为108.28 MHz , 与激光器的腔长1 450 mm相匹配，信噪比达44 dB. 图5(e)为泵浦功率18 W时输出激光的光谱图，可以看出输出激光中心波长为1 064.32 nm，光谱半高全宽0.29 nm. 利用自相关仪(PLUSE CHECK, APE , Inc.)测量泵浦功率18 W时输出激光的脉冲宽度，结果如图5(f)所示，以高斯型曲线进行拟合，测得脉冲宽度为9.53 ps , 脉冲的时间带宽积为0.732，是理论极限值的1.66倍.这主要是因为晶体引入的正群速度色散导致脉冲展宽.图5 锁模激光器特征描述(a)输出功率随泵浦功率变化曲线;(b)频谱图;(c)2 μs和400 ns分辨率下的调Q锁模波形图;(d)500 μs和20 ns分辨率下连续锁模波形图;(e)光谱图;(f)脉冲强度自相关曲线3 结论利用ABCD传输矩阵理论和Matlab设计了具有良好热稳定性和超大稳区的X-型五镜折叠谐振腔，并利用SESAM作为锁模元件实现9 W量级1 064 nm高功率Nd∶YVO4 固体锁模激光输出，信噪比达44 dB，脉冲重复频率为108.28 MHz，脉冲宽度9.53 ps，光谱宽度0.29 nm，激光器的光光转化效率为30.3%，斜效率达到31.7%.参考文献【相关文献】[1] 杜鹃. 全固态SESAM连续波1 064 nm被动锁模激光器的研究[D].济南：山东师范大学，2004.[2] Keller U，Miller D A B，Boyd G D，et al. Solid-state low-loss intracavity saturable absorber for Nd :YLF lasers：an antiresonant semiconductor Fabry-Perot saturable absorber [J].Optics Letters，1992，17(7)：505-507.[3] 刘士华, 王广刚, 王春慧，等. LD泵浦Nd∶YVO4/SESAM锁模激光器实验研究[J]. 激光与红外，2008，38(1)：32-34.[4] 李立卫, 王加贤, 王娟娟. SESAM实现Nd:YAG激光器被动锁模研究及皮秒脉冲测量[J]. 量子光学学报，2008，14(2)：213-217.[5] Eshghi M J，Majdabadi A，Koohian A. Low threshold diode-pumped picosecondmode-locked Nd:YAG laser with a semiconductor saturable absorber mirror[J].Laser Physics，2017，27：015002.[6] Spǜhler G J，Paschotta R, Keller U，et al. Diode-pumped passively mode-locked Nd∶YAG laser with 10 W average power in a diffraction-limited beam [J].Optics Letters，1999，24(8)：528.[7] 李霄，王勇刚，张世强，等. 半导体可饱和吸收镜被动锁模侧面抽运Nd∶YAG激光器研究[J]. 光学学报，2009，29(11)：3103-3107.[8] 蔡志强，王鹏，温午麒，等. 端面抽运全固态皮秒被动锁模激光器[J].中国激光，2007，34(7)：901-907.[9] 黄玉涛，王璐璐，石朝辉，等. SESAM无损伤运转的大功率高重复频率皮秒激光器[J]. 中国激光，2015，42(8)：08020101-08020107.[10] 侯佳. 几种新型全固态锁模激光器件的研究[D].济南：山东大学，2016.[11] 张志刚. 飞秒激光技术[M]. 北京：科学出版社，2011.。

激光器的基本结构_激光器的基本构造特点【完整解析】

激光器的基本结构_激光器的基本构造特点内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.激光器一般包括以下部分。

1、激光工作介质激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是常体、液体、固体或半导体。

在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。

显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转世非常有利的。

现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。

作为激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。

根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。

工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。

2、激励源为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。

一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。

各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。

为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。

泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。

泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。

常用的泵浦源主要有惰性气体放电灯、太阳能及二极管激光器。

其中惰性气体放电灯是当前最常用的，太阳能泵浦常用在小功率器件，尤其在航天工作中的小激光器可用太阳能最为永久能源，二极管(LD)泵浦是目前固体激光器的发展方向，它集合众多优点于一身，已成为当前发展最快的激光器之一。

全固态 593 nm 复合腔连续波和频激光器

文章编号:025827025(2005)0620729205全固态593nm 复合腔连续波和频激光器吕彦飞,檀慧明,缪同群,钱龙生(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033)摘要　报道了一种新型复合腔结构和频(SFM )激光器,用两个激光二极管阵列(LDA )经过光纤耦合分别单独端面抽运Nd ∶YVO 4晶体,其中两激光晶体所选择的能级跃迁分别为4F 3/2→4I 11/2和4F 3/2→4I 13/2,其对应激光跃迁波长分别为1064nm 和1342nm ,两基频激光束分别在两个子谐振腔中振荡,在其交叠区利用KTP Ⅱ类临界相位匹配(CPM )进行腔内和频,获得了593nm 的和频激光。

通过对激光晶体热效应的分析,设计了热不敏感腔,获得了520mW 连续波(CW )TEM 00黄激光输出。

光束质量因子M 2<1.2,激光输出为低噪声输出,24h 功率不稳定度小于±2%。

关键词　激光技术;黄光激光器;激光二极管抽运;和频;KTP 晶体;Nd ∶YVO 4晶体中图分类号　TN248.1 文献标识码　AAll 2Solid 2State CW Doubly R esonant All 2Sum 2Frequency Mixing 593nm LaserL B Yan 2fei ,TAN Hui 2ming ,M IAO Tong 2qun ,Q IAN Long 2sheng(Changchun I nstitute of O ptics ,Fine Mechanics and Physics ,T he Chinese A cadem y of Sciences ,Changchun ,J ilin 130033,China )Abstract A new resonator which designed for doubly resonant continuous 2wave intracavity sum 2f requency mixing (SFM )laser is reported.Two Nd ∶YVO 4were pumped by two laser diode array (LDA )which coupled by opticalfiber respectively ,4F 3/2→4I 11/2transition is chosen in one Nd ∶YVO 4and 4F 3/2→4I 13/2transition is chosen in anotherone ,1064nm wavelength is gotten from 4F 3/2→4I 11/2transition and 1342nm wavelength is gotten f rom 4F 3/2→4I 13/2transition ,two laser beam oscillated in two sub 2cavity.Considering thermal effect of laser crystal ,a thermal insensitive cavity is designed ,and type Ⅱcritical phase match (CPM )KTiOPO 4(KTP )is used to generate 593nm SFM.520mW continuous 2wave TEM 00yellow laser was obtained.The output beam is low noise ,its M 2factor is less than 1.2,and the power instability is less than ±2%in 24hours.K ey w ords laser technique ;yellow laser ;LD pumped ;sum 2f requency mixing ;KTP crystal ;Nd ∶YVO 4crystal 收稿日期:2004204228;收到修改稿日期:2004206228 基金项目:国家863计划(2002AA311140)资助项目。

激光二极管

激光产生的三个条件
粒子数反转、满足阈值条件和
谐振条件；产生光的受激辐射的首要条件是粒子数反转，在半导体中就是要把价带内的电子抽运到导带。为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ了获得离子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近就出现了离子数反转—在高费米能级EFC以下导带中贮存着电子，而在低费米能级EFV以上的价带中贮存着空穴。
特点
当激光二极管注入电流在临界电流密度以下时，发光机制
主要是自发放射，光谱分散较广，频宽大约在100到500 埃当电流密度超过临界值时，就开始产生振荡，最后只剩下少数几个模态，而频宽也减小到30埃以下。而且，激光二极管的消耗功率极小，以双异质结构激光为例，最大的额定电压通常低于2伏特，输入电流则在15到100毫安之间，消耗功率往往不到一瓦特，而输出功率达数十毫瓦特以上激光二极管的特色之一，是能直接从电流调制其输出光的强弱。因为输出光功率与输入电流之间多为线性关系，所以激光二极管可以采用模拟或数字电流直接调制输出光的强弱，省掉昂贵的调制器，使二极管的应用更加经济实惠。

激光二极管原理
半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的
PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N 区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子 λ = hc/Eg （h—普朗克常数； c—光速； Eg—半导体的禁带宽度）这种现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子—空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。

固体激光器设计范文

固体激光器设计范文固体激光器是一种使用固体材料作为活性介质产生激光的装置。

它具有体积小、能耗低、寿命长、功率高、光束质量好等优点，因此在工业、医疗、科研等领域得到广泛应用。

固体激光器的设计要考虑活性介质的选择、激发源的设计、光路的设计等多个方面。

下面将详细介绍固体激光器的设计。

首先是活性介质的选择。

固体激光器的活性介质是产生激光的核心部分，它通常是含有掺杂物的固体材料。

活性介质的选择应综合考虑多个因素，包括波长范围、激光功率要求、光束质量要求等。

常用的活性介质包括Nd:YAG、Nd:YVO4、Cr:YAG等。

其中，Nd:YAG是最常用的活性介质，具有较大的抽运截面积和较高的热导率，适用于高功率输出。

其次是激发源的设计。

固体激光器的激发源通常是高功率二极管激光器。

激发源的设计要考虑其功率输出和波长选择等因素。

为了获得更高的效率和更稳定的输出，可以采用多个二极管进行并联激发。

另外，为了保证较高的光电转换效率，还可以采用功率稳定器和温度控制器对激发源进行控制。

然后是光路的设计。

固体激光器的光路设计很重要，它直接影响到激光输出的质量和功率。

光路设计要尽量减小光损耗和光束质量的损害。

常用的光路设计包括折反射光路和共焦光路。

折反射光路通过使用多个光学元件进行光路设计，可以减小光损耗。

共焦光路通过采用多个球面透镜，可以减小光束质量的损害。

最后是冷却系统的设计。

固体激光器在工作过程中会产生大量的热量，为了保证激光输出的稳定性和延长活性介质的寿命，需要设计合适的冷却系统。

常用的冷却方式有自然对流冷却和水冷却两种。

自然对流冷却适用于功率较低的激光器，而水冷却适用于功率较高的激光器。

冷却系统的设计要考虑冷却液的流量、温度控制等因素。

总之，固体激光器的设计涉及到活性介质的选择、激发源的设计、光路的设计以及冷却系统的设计等多个方面。

通过合理的设计，可以实现高效率、高功率和高质量的激光输出。

二极管激光器侧泵浦波导耦合系统设计

“ａ” ｂｒ。右边二极管激光器由１ “ ａ成，纵向间６个ｂｒ组其距为１２ｍ，．ｒ横向间距为ｌａｍｍ，峰值功率６Ｗ／ｂｒ０ “ａ”
Ｆ．研ｆｒｔｉｅａｒｒｙＬ１ｅｏｓｒｓｇｅｎｄｄｌｅａａｅ
维普资讯
第１４卷第２期２００２年３月
强
激
光
与
粒
子
束
Ｖｏ，，．Ｉ１Ｎｏ２４
Ｍａ，，００ｒ２２
ＨＩＧＨＯＷＥＲＩＡＳＰＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＩＥＢＥＡＭＳ
１高功率面阵二极管激光器封装形式
实验研究中采用的高功率面阵二极管激光器如图１所示。边二极管激光器由３ｂｒ组成（ａ指线阵二左个“ ａ” ｂｒ极管激光器）其纵向间距为１２ｍ，，．ｒ峰值功率１０ａ０Ｗ／
维普资讯
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强激光与粒子柬
第１ பைடு நூலகம்卷
建立。
以二极管激光器的对称中心为坐标原点
图１二楹管澈光器封装形式
２光线追迹法
以二维面阵的耦合计算为例，介绍耦合系统的计算过程和优化方法。导耦合系统的材料由材料的波光学性能和泵浦光耦合效率等确定，形状由一个圆柱面、其两个斜面和三个平面组成。当光线进入柱面
后，垂直面上对光线起会聚作用。斜入射的光线折射进入耦合系统，两个斜面上发生一次或几次全在在

ecl激光器原理 -回复

ecl激光器原理-回复激光器是一种产生激光的设备，它在各种领域中有着广泛的应用，如通信、医学、工业等。

其中，ECL（External Cavity Laser）激光器是一种具有高功率、窄线宽和调谐性能的激光器。

本文将为您详细介绍ECL激光器的原理。

第一步：介绍激光的基本原理激光是一种单色、单频、高亮度的光。

它是通过光放大和光反馈来产生的。

这里的光反馈一般指的是将放大的光重新注入到激光介质中，形成光共振效应。

激光器的基本组成包括激光介质、抽运源和光学反馈结构。

第二步：激光介质的选择激光介质是激光器中起到激发和放大光子的作用。

常见的激光介质类型有气体、固体、液体等。

不同的激光介质有着不同的工作波长和能级结构，因此适用于不同的应用场景。

第三步：抽运源的选择抽运源是激光器中的能量输入部分，它提供能量来激发激光介质中的粒子。

常见的抽运源包括激光二极管、氩离子激光器等。

抽运源的波长和功率对激光器的性能产生直接影响。

第四步：光学反馈结构的设计光学反馈结构是激光器中的一个重要组成部分，它用于将放大的光重新注入激光介质中，以形成光共振效应。

光学反馈结构一般由一组镜片和激光介质构成。

其中，其中一个镜片是半透明的，用于输出激光。

第五步：ECL激光器的工作原理ECL激光器是一种利用外腔进行光反馈的激光器。

它与传统的FP （Fabry-Perot）激光器相比，具有功率更高、线宽更窄以及可调谐的特点。

在ECL激光器中，外腔与激光介质相连，光线经过外腔多次反射后重新注入激光介质中，形成共振条件，最终产生激光输出。

第六步：优势和应用领域ECL激光器具有许多优势，比如高功率、窄线宽和可调谐性能。

它在光通信中的应用主要是调制信号的光源和光纤光栅控制器。

在医学方面，ECL 激光器主要被用于光生物学研究和医疗激光系统。

此外，ECL激光器还广泛应用于工业领域，如激光打标、激光切割等。

总结：通过以上的步骤，我们详细介绍了ECL激光器的原理。

激光器分类

激光器分类可以有两种方法对激光器进行分类。

一种是从激活媒质的物质状态面分类。

这样可分为气体、液体、固体和半导体激光器。

各类激光器各有特色。

气体激光器的单色性强，如氦—氖激光器的单色性比普通光源要高1亿倍，而且气体激光器工作物质种类繁多，因此可产生许多不同频率的激光。

但是，由于气体密度低，激光输出功率相应较小；固体激光器则正好相反，能量高，输出功率大，但工作物质种类较少，而且单色性差；液体激光器的最大特点是激光的波长可以在一定范围内连续变换。

这种激光器特别适合于对激光波长有着严格要求的场合；半导体激光器的特点则是体积小，重量轻，结构简单，但输出的功率较小，单色性也较差。

另一种分类方式是按激活媒质的粒子结构来分类，可以分为原子、离子、分子和自由电子激光器。

氦——氖激光器产生的激光是由氖原子发射的，红宝石激光器产生的激光则是由铬离子发射的。

另外还有二氧化碳分子激光器，它的频率可以连续变化。

而且可以覆盖很宽的频率范围。

各种激光器中激活媒质的方法也不尽相同。

一般来说可分为三种方法：使用高强度的光，从带电源来的电子，以及较少用的第三种方法——核辐射。

光纤通信所用的激光器在光纤通信中，所用的光源有三种：半导体激光器、半导体发光二极管和非半导体激光器。

在实际的光纤通信系统中，通常选用前两种。

而非半导体激光器，如气体激光器、固体激光器等，虽然它们是最早制成的相干光源，但由于其体积太大，不适宜与体积小的光纤配合使用，只用于一些特殊场所。

半导体激光器半导体激光器即为激光二极管，记作LD。

它是前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明的。

半导体激光器的结构通常由P层、N层和形成双异质结的有源层构成。

半导体激光器的发光是利用光的受激辐射原理。

处于粒子数反转分布状态的大多数电子在受到外来入射光子激励时，会同步发射光子，受激辐射的光子和入射光子不仅波长相同，而且相位、方向也相同。

这样由弱的入射光激励而得到了强的发射光，起到了光放大作用。

高功率激光装置中瞬态磁场信号的研究

高功率激光装置中瞬态磁场信号的研究
朱宇洁;郭晓东;何鹏;于明媚
【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》
【年(卷),期】2024(22)4
【摘要】现有高功率激光装置中瞬态磁场测量装置未考虑屏蔽性能和信号还原。

为了准确地对打靶后产生的瞬态磁场进行分析,根据瞬态磁场的频率范围和特点,基于电磁感应原理,采用黄铜作为屏蔽材料,利用皮革作为绝缘材料,设计并研制了一款适用于高功率激光装置中瞬态磁场测量的传感器。

频率响应达到500 MHz,完成了相应瞬态磁场的测量,为高功率激光装置的电磁干扰、电磁兼容方面研究提供了测试手段和数据支撑。

【总页数】8页(P412-418)
【作者】朱宇洁;郭晓东;何鹏;于明媚
【作者单位】中国工程物理研究院计量测试中心
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
【相关文献】
1.高功率激光装置输出光束相对光谱功率测量方法
2.高功率环形激光二极管阵列重复脉冲抽运激光器中棒的瞬态温度分布
3.浅谈AGV转运系统在高功率固体激光装置中的应用
4.GJB 8218-2014在高功率激光装置电磁脉冲测量中的应用
5.高功率激光装置中超快电脉冲发生器的研究
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直升机机载中红外激光定向干扰实现途径

第32卷第1期四川兵工学报2011年1月收稿日期：2010－11－25作者简介：代红（1974—），男，硕士，工程师，主要从事航空电子研究。

直升机机载中红外激光定向干扰实现途径代红，陈超（总参陆航驻成都地区军事代表室，成都610036）摘要：红外激光技术的发展，使红外制导导弹攻击能力极大增强，这给诸如直升机在内的武器装备构成了极大威胁，为此，本文从工程实践出发，探讨了中红外定向干扰实现的一种技术途径，分析了其关键技术，并对其干扰效果进行了评估。

关键词：机载；中红外；定向干扰中图分类号：TN976文献标识码：A文章编号：1006－0707（2011）01－0114－03当前，红外制导技术已经从点源制导发展到红外焦平面成像制导，其制导导弹的攻击能力和抗干扰能力也大大增强，这给主要承担对地攻击、火力支援、战场侦察、紧急救援等低空任务的军用直升机构成了极大威胁。

为了提高直升机的生存能力，美国等西方国家在军用直升机上加装了红外激光定向设备，以对来袭导弹进行诱骗和干扰，降低其命中精度。

如美国BEA 公司研制的红外干扰系统（ATIRCM ），可以输出3个波段的红外激光，输出功率最高能达到5W ，效率能达到7%，而且重量仅为13kg ，对“毒刺”导弹有30%的有效性。

近几年来，我国在高分辨力面阵探测器和相关制冷技术方面取得重大进展，尤其是在目标红外辐射、激光反射特性研究和红外对抗机理研究等方面取得了突出成绩，这为研发红外激光定向干扰设备提供了可能。

1中红外定向干扰原理红外定向干扰的主要原理是运用红外激光直接照射激光半主动制导导弹的导引头，使其达到饱和，并处于“迷茫”寻敌搜索状态，从而致使导弹的命中概率大大下降，不能实现对目标的精确攻击［1－3］。

投射到导引头并进入探测器的激光功率可由下列公式来计算P r =4P t τo A cπR ()θ2e αR其中：P t 是激光发射机的发射功率；R 是激光传输距离；θ是激光发散角；α是大气衰减系数；τ0是导引头光学传输系数；A c 是导引头光学接收口径的面积。