石玉森 1,3潘雪 1,*张鹏 2肖奇 1[ ... ]朱健强 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
2 张江实验室,上海 201210
3 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
研究了薄片激光器中晶体与热沉的封装技术和核心技术,采用薄片晶体与金刚石热沉的光胶工艺,自主设计并研制了5 mm口径的YAG/Yb∶YAG复合薄片激光模块,分析了该薄片激光模块的多通泵浦系统,建立了晶体热效应数值仿真模型,实验测量了在2.2 kW/cm2泵浦功率密度、940 nm泵浦波长下薄片晶体的热焦距为445.6 mm;采用基于光胶工艺封装的薄片激光模块搭建连续激光器,在70 W泵浦功率下获得了18.75 W功率的基横模输出,斜率效率和光光转换效率分别为36.59%和26.79%。
激光器 薄片激光器 多通泵浦 热效应 连续激光器 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514003
张飞 1,2郑浩 1,2李鹏飞 1,2陈晖 1,2[ ... ]白振旭 1,2,*
作者单位
摘要
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
金刚石晶体不仅具有极佳的光学性质,同时也拥有极高的热导率和低的热膨胀系数,这使得金刚石激光器成为实现不受热影响高功率激光输出的重要路径。但随着激光功率的进一步提升,金刚石拉曼激光器中仍然存在不可忽视的热效应等问题,这对金刚石激光器性能提升提出了挑战。针对高功率运转情况下金刚石拉曼激光器的热效应进行了理论研究,根据热传导方程并采用有限元分析方法,模拟了金刚石温度、热应力以及热形变分布,分析了泵浦参数、晶体参数对金刚石温度、热应力、热形变的影响。此外,基于石墨片横向导热特性,设计了一种新型的用于金刚石晶体的热沉结构。与传统单一铜片散热方式相比,在泵浦功率800 W、束腰半径40 μm条件下,金刚石中心温度下降了10.16 K,下表面平均应力降低了19.857 MPa,端面平均形变量减小了0.055 μm。数值模拟结果表明,该方法对缓解金刚石激光的热效应,实现金刚石拉曼激光器输出功率的进一步提升和高光束质量激光输出具有重要指导意义。
金刚石 拉曼激光器 高功率 热效应 数值仿真 热沉 diamond Raman laser high power thermal effect numerical simulation heat sink 
应用光学
2023, 44(6): 1201
作者单位
摘要
桂林电子科技大学 机电工程学院, 桂林 541004
为了探究水束导引高功率激光的热损失问题, 调控水导高功率激光中水-光束耦合的热稳定性, 保证激光能量有效地传输至工件表面, 采用有限元方法建立水-光束耦合的数值模型, 利用射线追踪模拟不同入射激光功率、射流流速和直径时的水射流温度分布, 并通过实验数据验证模型的有效性, 对比了相同功率下连续激光与脉冲激光的温度分布。结果表明, 水射流的温度随着水-光束耦合长度增加而升高, 当入射激光功率增大、耦合腔压力降低以及射流直径减小时, 都会导致射流的温度升高, 严重影响射流的稳定性;由于水射流的冷却作用, 平均功率300 W的脉冲激光相较于连续激光, 温度相差约5 ℃。此研究结果为控制水导高功率激光中水-光束耦合的热效应、提高激光能量的传输效率提供了一定的参考。
激光技术 水导高功率激光 射线追踪 热效应 传输效率 laser technique water-jet guided high-power laser ray tracing thermal effect transmission efficiency 
激光技术
2023, 47(5): 672
王坤 1,2谭博文 1,2陈义夫 3,4,5王雨雷 3,4[ ... ]吕志伟 3,4,*
作者单位
摘要
1 河北工业大学 能源与环境工程学院,天津 300401
2 河北省热科学与能源清洁利用技术重点实验室,天津 300401
3 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
4 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
5 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150009
受激布里渊散射相位共轭镜(SBS-PCM)因能实时补偿静态和动态波前畸变、提高光束质量,在激光领域受到广泛关注,但仍存在高功率泵浦下引发损伤和输出光束质量下降的问题。液体增益介质具有高增益、高抗损伤阈值和尺寸拓展性强的特点,目前是高能高功率激光领域最广泛应用的SBS介质,但随着注入功率的提升,热效应引发的液体介质热对流会导致反射Stokes光中出现波前畸变,降低了其光束质量补偿效果。文中发展了高功率泵浦下介质池内热对流的数值模型,定量分析了热对流强度随相互作用时间的变化规律,着重探讨了泵浦光重复频率对热对流强度分布的影响,并结合热对流强度解释了光斑畸变程度。研究结果表明:泵浦光注入初期,热对流强度在达到极值后小幅下降最后趋于稳定;泵浦光重复频率是影响热对流强度的重要因素,热对流强度与重复频率呈正相关;随着热对流强度的增强,光斑偏移程度逐渐增大。文中从液体介质流动性角度分析了泵浦光重复频率与介质热对流的关系,对完善光热效应模型提供了新的研究方向。
受激布里渊散射 相位共轭镜 热对流 热效应 二次流 stimulated Brillouin scattering (SBS) phase conjugate mirror thermal convection thermal effect secondary flow 
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230415
孙佳宁 1,2王雨雷 1,2张雨 1,2齐瑶瑶 1,2[ ... ]吕志伟 1,2
作者单位
摘要
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响,提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性,以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象,采用有限元分析方法,并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析,系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明:键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用,还起到了热沉的效果,可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm,采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度,但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加,热效应也会加剧,泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K,热应力增加1.5 MPa,热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加,但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。
LD端面泵浦 Er:Yb:glass/Co:MALO 调Q激光器 热效应 热应力 LD end-pumped Er:Yb:glass/Co:MALO Q-switched laser thermal effect thermal stress 
红外与激光工程
2023, 52(8): 20230349
作者单位
摘要
中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
激光在气体介质中传输时,气体吸收激光能量导致折射率变化,形成气体热效应,降低光束质量。针对这一问题,介绍了光‐流‐热耦合效应理论,建立了椭圆形高斯激光束的合束传输热耦合效应仿真模型。通过数值仿真分析了长方体封闭空间中由激光加热诱导的自然对流现象及流场对光束传输影响的变化过程,研究了热效应的影响因素。结果表明,气体对激光能量的吸收会导致光轴偏转,光束质量下降,远场光斑形态发生改变;封闭空间内热效应自然对流导致的光束质量下降呈先增加再减少后稳定的趋势;通过改善介质吸收和流场分布,可以有效改善气体热效应对光束质量的不利影响;合束过程中的流场分布和光束质量变化比单束光路情况下复杂。
激光光学 激光合束 光束传输 热效应 光束质量 
中国激光
2023, 50(13): 1305002
作者单位
摘要
西南技术物理研究所,成都 610041
为了研究复合结构掠入射板条放大器的热效应,采用在Nd:YVO4晶体抽运面上键合具有高热导率性能的蓝宝石的复合结构,并建立了相应的热力学模型,对激光介质的温度场分布、光程差(OPD)和热透镜效应进行了详细的理论分析,利用有限元分析软件COMSOL模拟了晶体内部的温度、应变、光程差(OPD)及热焦距的分布情况。结果表明,板条厚度为2 mm、键合层厚度1 mm、抽运功率60 W时,复合结构相对于单一结构最高温度下降了约50 K,晶体中的最大形变量降低超过了1/3,极大地降低了介质中的热效应。
掠入射板条放大器 热效应 热透镜 光程差 复合结构 grazing-incidence slab amplifier thermal effect thermal lens optical path difference composite configuration 
强激光与粒子束
2023, 35(3): 031004
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学理学院,陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所,陕西 西安 710055
以激光二极管(LD)端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象,采用有限元分析方法,并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点,系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。计算过程中经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm。研究结果表明:当Yb∶YAG晶体尺寸为4 mm×4 mm×1 mm,YAG晶体厚度为0.1 mm时,随着泵浦功率由60 W增加为80 W,YAG/Yb∶YAG方片晶体内最高温升明显增大,由37.19 ℃变为82.92 ℃;当YAG晶体厚度由0 mm增加为0.5 mm时,薄片晶体内最大热应力由26.93 MPa变为10.438 MPa,最高温升也随之降低了18.18 ℃,但由热应力产生的热形变基本保持不变。利用方片YAG/Yb∶YAG复合晶体能够有效降低激光晶体内最大热应力及最高温升,对全固态Yb∶YAG激光器的设计及高功率输出具有指导意义。
激光器 激光二极管 YAG/Yb∶YAG 热效应 复合晶体 
激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114001
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
2 上海科技大学物质科学与技术学院,上海 201210
3 中国科学技术大学物理学院,安徽 合肥 230026
研究了当激光增益介质存在热效应时,腔长变化对4F简并激光腔最大横模阶数及光谱结构的影响。计算和实验结果表明,当简并腔中存在热效应时,腔长偏离理想位置会引起横模拍频带宽变宽,输出光谱的精细结构发生变化;同时腔中光阑位置处的基模半径随之变大,最大横模阶数减小,光场空间相干性增大。进一步分析发现,最大横模阶数对激光腔长非常敏感,腔镜与理想位置的微小距离会导致最大横模阶数的显著减少。通过在腔内加入负透镜或者将增益介质端面加工成曲面并对热效应进行补偿,可以增加腔内模式数量,这有利于降低激光光场的空间相干性。
激光器 空间低相干 简并腔 热效应 
中国激光
2022, 49(24): 2401002
作者单位
摘要
电子科技大学 光电科学与工程学院, 成都 610054
为了研究高功率激光作用下光学元件热效应的非线性特性对光束质量的影响, 基于热传导、热弹性力学、物理光学等基础理论, 采用有限元分析方法, 进行了高功率连续激光(功率密度约为500kW/cm2)作用下光学元件的温度场和位移场的计算; 分析对比了各个参数的非线性特性对光学元件热效应的影响; 探讨了不同材料、不同形状光斑辐照下的光学元件非线性热效应。结果表明,高功率连续激光作用下光学元件所反映出的热学、力学和光学吸收存在着不同程度的非线性效应, 其强弱取决于光学元件材料、光斑形状等因素;高斯激光辐照熔石英样品且吸收率为100×10-6时, 考虑物性参数和温度边界条件的非线性, 会引起表面最大温升16%的相对误差和表面变形峰谷值10%的相对误差。这一结果为开展与此相关的研究提供了一些新思路。
激光光学 非线性热效应 有限元法 高功率激光 光束质量 laser optics nonlinear thermal effect finite element method high-power laser beam quality 
激光技术
2022, 46(6): 729

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