1 山西农业大学物理系，山西 太谷030801
2 中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710000
本文通过理论和实验分析了1064 nm高功率明亮压缩态光场实验制备过程中，高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器引起的热透镜效应和模式失配。首先根据热透镜理论模型，定量分析了高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器时，周期极化磷酸氧钛钾晶体内部热透镜的等效焦距。然后根据高斯光束与光学谐振腔的模式匹配理论模型，理论分析了高功率种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式失配量。最后在高功率明亮压缩态光场正常输出的工作状态下，重新优化种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式匹配效率，在种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW的条件下，在分析频率3 MHz处，直接测得光功率为200 μW、压缩度为10.8 dB±0.2 dB的明亮压缩态光场。上述实验结果与有关文献测得的压缩度仅相差0.1 dB，表明在本文实验系统中，高功率种子光和泵浦光引起的热透镜效应对光学参量放大器输出明亮压缩态光场的压缩度基本没有影响。
量子光学 明亮压缩态 高功率 热透镜效应 光学学报
2023, 43(21): 2127001
1 中国科学院微电子研究所光电技术研发中心，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
翠绿宝石晶体的热透镜效应会严重影响激光器的输出性能。首先通过建立晶体的热传导模型，合理设定边界条件并求解相应的热传导方程，对造成热效应的三个因素进行分析，计算了相应因素下热焦距的理论值。然后，利用谐振腔的临界稳定条件，对晶体的热焦距进行测量，测量结果与理论计算值基本吻合，证明利用谐振腔的临界稳定条件测量F-P腔的热焦距是可行的。最后，对不同腔长下的输入输出特性进行了分析，详细解释了在热效应的复杂影响下输入-输出曲线中的凹陷现象。在计算出最大抽运功率下的热焦距后，调整相应腔参数，可以使激光腔在整个抽运功率范围内处于稳定状态。研究结果对于减少热透镜效应的影响、提高激光器的性能具有重要的指导作用。
激光器 翠绿宝石晶体 热透镜效应 F-P腔 热焦距 中国激光
2023, 50(19): 1901007
1 成都信息工程大学光电工程学院, 成都 610225
2 成都东骏激光股份有限公司, 成都 610630
在CdSe晶体光参量振荡器(OPO)中, 泵浦激光经过晶体后产生大量废热, 使CdSe晶体出现明显热透镜效应, 从而导致泵浦激光的光斑半径在晶体内部不断变小, 最终降低了晶体的损伤阈值和OPO的输出功率。本文利用COMSOL软件对高重频脉冲激光泵浦CdSe晶体进行多物理场建模, 完成了CdSe晶体热透镜效应仿真, 通过参数优化, 发现对流系数与晶体最大温度成反比, 与晶体后端面和焦点的光斑半径成正比, 聚焦位置随对流系数增加趋于稳定。单脉冲能量和重复频率与晶体最大温度和焦点的光斑半径成正比, 与晶体后端面光斑半径和聚焦位置成反比。准直激光光斑半径与晶体最大温度成反比, 与晶体后端面光斑半径、聚焦位置和焦点光斑半径成正比。该研究解决了CdSe OPO中晶体后端面光斑半径难以直接测量的问题, 为优化CdSe晶体热透镜效应提供了理论依据。
CdSe晶体 热透镜效应 高重频脉冲激光 射线追迹 光参量振荡器 CdSe crystal thermal lens effect high repetition frequency pulsed laser ray tracing OPO
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
利用结构紧凑的四镜环形单共振光学参量振荡器(SRO)实现了从近红外到中红外的瓦级单频激光输出。通过优化谐振腔腔镜的曲率半径以及谐振腔腔长，设计了双腰斑的四镜环形谐振腔，在两个腰斑处分别放置光学参量振荡晶体MgO∶PPLN和倍频晶体PPKTP。当单频1064 nm泵浦激光的注入功率为21 W时，得到了2.1 W的1550 nm信号光、1.1 W 的775 nm倍频光以及1.7 W的3393 nm闲频激光输出，总光光转换效率为23.3%，5 h内信号光、倍频光、闲频光的功率稳定性(均方根)分别优于2.5%、1.6%、0.8%。本团队研制的单频连续波激光器可以应用于包括压缩态光场和纠缠态光场等非经典光场制备的实验中。
中国激光
2022, 49(18): 1801005
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
4 上海大恒光学精密机械有限公司, 上海 201800
通过实验和理论相结合的方式,从热透镜效应角度研究了Er 3+,Yb 3+∶glass在激光二极管(LD)端面抽运条件下的激光输出能量,建立起LD抽运重复频率、Er 3+,Yb 3+∶glass热光系数与空腔运转斜率效率、调Q输出脉冲能量之间的关系。采用平凹腔结构,并以Co 2+∶MgAl2O4作为调Q开关,设计了LD端面抽运被动调Q激光器,实验结果发现,当热焦距大于前腔面光斑半径最小值对应的热焦距时,空腔运转斜率效率与材料的热光系数呈负相关,调Q输出脉冲能量与热光系数及抽运重复频率均呈负相关。基于理论研究,通过热焦距公式、稳定谐振腔的矩阵计算法以及被动调Q的速率方程进行数值模拟,解释并验证上述实验现象。结果显示,可通过降低抽运重复频率和选择低热光系数的Er 3+,Yb 3+∶glass等方式降低热透镜效应实现高脉冲能量的输出。
激光器 热透镜效应 输出能量 Er
3+ Yb
3+∶glass; 抽运重复频率 热光系数 中国激光
2021, 48(17): 1701002
嘉应学院 物理与光信息科技学院, 广东 梅州 514015
提出一种数字全息定量测量半导体激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应的方法。CCD采集Nd∶YAG晶体在不同泵浦电流下的数字全息图,通过数值重建得到热透镜效应引起的相位分布及其变化过程。再由相位分布计算得到对应的热透镜焦距。实验结果表明,利用数字全息技术可以准确和有效测量热透镜效应及热透镜焦距。
热透镜效应 数字全息 相位测量 thermal lens effect digital holography phase measurement
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai201800, China
2 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai201800, China
3 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai201800, China
A simple, compact, double-pass pumped Nd:YVO4 thin disk laser is demonstrated. Its continuous-wave performance with different Nd doping concentrations and thicknesses is investigated experimentally. The maximum output power of 17.7 W is achieved by employing a 0.5 at.% doped sample, corresponding to an optical-to-optical efficiency of 46% with respect to the absorbed pump power. In addition, a numerical analysis and an experimental study of the temperature distribution, and thermal lens effect of the Nd:YVO4 thin disk, are presented considering the influence of the energy transfer upconversion effect and the temperature dependence of the thermal conductivity tensor. The simulated results are in good agreement with the experimental results.
energy transfer upconversion effect Nd:YVO4 thermal lens effect thin disk laser High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(1): 01000e10
1 中国科学院半导体研究所 光电子器件国家工程研究中心, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为降低半导体激光器在慢轴方向的远场发散角, 改善慢轴光束质量, 本文提出了一种新型的绝热封装结构, 可削弱激光器工作时因芯片横向温度不均而导致的热透镜效应, 并基于傅里叶热传导方程, 采用有限元分析软件ANSYS 18.0进行热特性仿真, 利用Fineplacet贴片机对808 nm In0.1Ga0.73Al0.17As/Al0.37GaAs宽条形半导体激光器进行绝热封装, 采用电荷耦合器件(CCD)图像采集分析法对其光束质量进行测量。实验结果表明采用绝热封装方式可减小慢轴发散角约40%, 且慢轴发散角随工作电流变化更稳定, 相对应的光参数积BPP和光束质量因子M2也随之降低约33%和30%, 芯片横向(慢轴方向)与热沉接触宽度越小, 绝热封装对慢轴光束质量改善效果越好。绝热封装中空气隙的引入使得激光器光电特性产生恶化, 输出功率降低约14%, 光电转换效率降低约8.7%。绝热封装方式对改善半导体激光器的慢轴光束质量具有重要的指导意义。
慢轴发散角 热透镜效应 绝热封装 slow axis divergence angle thermal lens effect adiabatic package
1 广州大学 实验中心, 广州 510006
2 中山大学 理工学院 光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275
为了获得高功率、高光束质量的1064nm激光,采用凹透镜作为补偿透镜来补偿激光棒的热透镜效应.对补偿透镜的选取进行理论分析,并使用所设计的包含补偿透镜的平平谐振腔Nd∶YAG激光器进行了实验验证.在实验中,使用焦距为250mm的凹透镜、透过率为30%的输出耦合镜,获得了55W的高功率、高光束质量的1064nm激光输出.结果表明,此项研究对高功率、高光束质量激光器谐振腔的设计是有帮助的.
激光器 Nd:YAG激光器 热透镜效应 光束质量 谐振腔 lasers Nd∶YAG laser thermal lens effect beam quality resonator
