1 湖北工业大学太阳能高效利用湖北省协同创新中心, 湖北 武汉 430068
2 湖北工业大学理学院, 湖北 武汉430068
近年来离轴正支共焦非稳腔被广泛用于大功率板条结构激光器, 由于其横向尺寸较大, Collins公式的计算精度需要验证。通过Fox-Li迭代, 对比了采用Collins公式和直接利用菲涅尔-基尔霍夫衍射公式计算的输出模式, 数值研究了几何放大率M和有效菲涅尔数Neq对Collins公式计算精度的影响并分析了原因。结果显示, 计算误差主要集中在光轴附近, 复振幅巨大的相位误差导致模值的大小、分布误差。另一方面, 计算精度会随M的增加, Neq的减小呈现跳变增加, 阶跃点Neq与M具有线性关系, 斜率约为133, 即Collins公式在菲涅尔数为266以内是有效的。
离轴正支共焦非稳腔 Collins公式 菲涅尔-基尔霍夫衍射公式 输出模式 off-axial positive branch confocal unstable resona Collins formula Fresnel-Kirchhoff diffraction formula output mode
1 湖北工业大学 太阳能高效利用湖北省协同创新中心, 湖北 武汉 430068
2 湖北工业大学理学院, 湖北 武汉 430068
为提高Tm:YAG激光器输出效率, 设计了冷却和辅热相结合的LD侧面泵浦耦合结构, 考虑泵浦光分布建立了晶体棒温度场三维理论模型进行模拟计算, 分析了辅热情况下晶体棒的温度特性及温度梯度产生的热透镜效应, 计算了泵浦功率和LD激光光束参数对晶体温度场的影响。模拟结果表明, 高功率泵浦条件下晶体棒产生很强的热效应, 泵浦光分布参数影响晶体棒温度分布并因此产生热透镜像差; 端部辅热可避免晶体光学面结露, 实现激光器低温高效运转; 高低温过度区很小, 对激光器结构封装无明显影响; 优化泵浦冷却结构可一定程度改善热效应对激光器运转的影响。
Tm:YAG激光器 键合晶体 热效应 Tm:YAG laser bonding crystal heating effect
1 湖北工业大学理学院, 湖北 武汉 430070
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
输出镜的热畸变会严重降低高功率气体激光器的输出光束质量和运行效率。针对腔镜受热均匀性的问题, 等价地数值研究了光场均匀性随着几何放大率和有效菲涅尔数两个参数的变化规律。研究结果显示, 光场均匀性随着有效菲涅尔数呈现周期性变化, 随着放大率绝对值的增加呈现准周期性的指数衰减。针对2 kW功率输出, 增益区间为1 000 mm×200 mm时, 分析得出输出半宽为80 mm或者85 mm获得最佳光场均匀性。
光场均匀性 负支共焦非稳腔 虚源法 射频板条CO2激光器 uniformity of the optical field negative branch confocal unstable resonator virtual source method RF-excited slab CO2 laser
1 湖北工业大学理学院, 湖北 武汉 430070
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
离轴正支共焦非稳腔被广泛的用于固体板条激光器和中小功率封离型板条CO2气体激光器中。针对正支共焦非稳腔输出镜失调时易出现功率严重下降的现象, 通过数值研究不同有效菲涅耳数的正支腔在平移失调的情况下, 过量噪声因子随着失调程度的变化规律, 分析了导致这一现象的原因。数值结论显示, 当有效菲涅尔数选在［s－0.20～s＋0.20］(s为整数)范围内, 泵浦激励效率较低, 且在微小失调时, 易造成激光功率的严重下降选取; 在［s＋0.65～s＋0.75］范围内, 最有利于激光的输出功率稳定性和激励效率; 在这种情况下, 微小的下移失调, 可能更有利于输出功率的小幅度提升。
过量噪声 正支共焦非稳腔 失调 板条激光器 excess noise positive branch confocal unstable resonator misalignment slab laser
1 湖北工业大学 理学院, 武汉 430068
2 湖北工业大学 太阳能高效利用湖北省协同创新中心, 武汉 430068
对采用晶体棒端部辅热方法实现低温工作的Tm:YAG激光器, 建立了晶体棒热效应理论模型, 采用有限差分法对晶体棒温度场、应力场及光学畸变进行模拟计算.模拟结果表明：辅热设计可显著减小晶体最大应力, 减小应力损坏;端部辅热使得温度和应力分布复杂, 引起折射率分布多变, 但变化值小, 说明端部辅热对光线在晶体内的传播影响微小; 辅热区域结构紧凑, 且对激光器封装产生的影响较小.
激光技术 Tm:YAG激光器 热效应 数值模拟 准三能级 辅热 Laser technology Tm:YAG laser Thermal effects Numerical simulation Quasi-three-level Auxiliary heating 光子学报
2016, 45(7): 070714001
1 湖北工业大学 理学院, 武汉 430068
2 湖北工业大学 太阳能高效利用湖北省协同创新中心, 武汉 430068
为了使侧面抽运全固态355nm紫外激光器输出高质量光束的紫外激光, 采用腔内光束传输矩阵模拟的方法, 进行了谐振腔优化和腔内倍频和频结构设计。通过理论分析和实验验证,取得了输入电功率为280W、声光调制频率为40kHz时, 355nm紫外激光的输出功率为10.58W、激光脉冲宽度20ns、光束质量因子M2=1.3的数据。结果表明,侧面抽运腔内倍频与和频可实现近基模高功率紫外激光的输出。这一结果对紫外激光器的工程化有一定指导意义。
激光器 355nm紫外激光器 倍频与和频 谐振腔 lasers 355nm ultraviolet laser double frequency and triple frequency resonant cavity
1 湖北工业大学理学院,湖北 武汉 430070
2 华中科技大学光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
为了与大面积放电增益区匹配,千瓦级射频板条CO2激光器采用大菲涅尔数的条状离轴负支共焦非稳腔,其输出模式是对整个输出平面上光场分布在特定区间的截断,对应的傅里叶谱(空间频率)会无限展宽。通过改进的虚源法求得其输出平面的场分布,然后通过对输出光场的傅里叶谱的分析,研究了条状离轴负支共焦非稳腔的两个主要参数——有效菲涅尔数Neq以及几何放大率M对输出光束质量的影响。数值模拟的结论显示输出光束的质量只与M相关,随着M的绝对值的增加,光束质量会呈现周期振荡式的下降,周期约为0.05。
光束质量 负支条状非稳腔 改进的虚源法 射频板条CO2激光器 beam quality negative branch strip unstable resonator modified virtual source method RF-excited slab CO2 laser
1 湖北工业大学理学院，湖北 武汉 430070
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
针对离轴正支共焦非稳腔中最低的三阶横模特征值随着腔参数的变化规律问题，基于适用于非稳腔结构的特征向量法，计算了有效菲涅耳数在63附近的不同腔参数下各阶横模的特征值。数值模拟结果表明，在几何放大率大于1.08的条件下， 若有效菲涅尔数取在整数附近，1、2阶横模会周期性的发生模式交叉，所有基于Fox-Li迭代的算法很难得到自在现模。随着M的增加而增加，特征值的模值大小会随着几何放大率的增加而近似线性的减小，各阶模式的衍射损耗会线性增加，在非模式交叉的情况下，1、2阶横模特征值模值的差值会增加。
横模 离轴正支共焦非稳腔 特征向量法 板条激光器 transverse mode off-axial positive branch confocal unstable resona eigen vector theory slab laser
为了获得高功率全固态355nm紫外激光器, 采用平平腔结构, 通过LD双端抽运Nd∶YVO4晶体, 在声光Q开关调制作用下产生1064nm脉冲基频光, 利用两块LBO晶体分别进行腔内倍频、和频产生355nm紫外激光。在LD抽运功率54W、调制频率40kHz的条件下, 获得紫外的最高输出功率为6.67W, 脉冲宽度为20ns, M2=1.1。结果表明, 腔内和频可得到高效率、高光束质量的紫外激光输出。
激光器 紫外激光 腔内和频 lasers ultraviolet laser LBO LBO intra-cavity triple frequency
快速波长锁定机制的引入能够有效地补偿单片集成DBR（分布式布拉格反射）型可调谐半导体激光器动态波长切换过程中的热致波长抖动，提升其动态性能。文章对单片集成DBR型可调谐半导体激光器的各种波长锁定方法的特点、性能进行了比较，概括介绍了该领域的最新研究进展，并对相关发展趋势进行了分析和展望。
可调谐半导体激光器 动态波长切换 波长锁定 tunable semiconductor laser dynamic wavelength switching wavelength locking
