王振[1]2006年在《新型高性能半导体泵浦固体激光电源技术研究》文中进行了进一步梳理本文主要内容是关于新型高性能半导体泵浦固体激光器电源技术的研究。随着激光产业的发展,大功率半导体泵浦固体激光器在工业加工中的应用也愈来愈广泛,同时对作为激光器重要组成部分的激光电源也提出了更高的要求。本文首先通过对传统激光电源中功率因数低、谐波电流大等缺点的分析,再结合半导体泵浦源的特性要求,提出了一种基于两级变换器的新型高性能半导体泵浦固体激光器电源。围绕这种新型电源的两级系统(前级为APFC预调节级,后级为半桥变换器功率调节级),详细分析了它们的结构、主电路工作原理、控制方式、保护方式等。尤其对APFC电路,提出了一种用于指导实际参数设计的大周期平均法和检验输出稳定的动态平衡判据。依据以上原理和方法完成了两级电路的硬件设计,通过实验结果,一方面证明了以上原理分析和设计方法的正确性;另一方面也证实了两级电路的硬件设计基本满足要求。文中也通过数学建模和电路建模两种方式,对两级变换器控制电路分别进行了仿真。通过对仿真结果的分析,证明了理论分析的正确性和这种新型激光电源的优异性。最后,总结了电源设计过程中的经验和教训,指出在设计电路和制作电源中存在的问题,并针对这些问题,提出了改进方法,对后续的工作提出了目标。
沈渊[2]2011年在《热电制冷的半导体泵浦532nm激光器控温性能优化研究》文中指出半导体泵浦532nm激光器已经越来越广泛地应用于材料加工、医疗和军事等领域,其工作的稳定性和可靠性在系统应用中起着关键作用。但是半导体泵浦532nm激光器的性能受温度的影响很大,因此其热问题一直是人们关注的焦点之一。特别是近年来,半导体泵浦532nm激光器的发展趋势向小型化,高功率的方向发展,其对传热特性与温度控制技术提出了新的要求。本文首先简单回顾了半导体泵浦532nm激光器的发展和应用,介绍了半导体泵浦532nm激光器的温度特性,阐述了温控对于半导体泵浦532nm激光器的重要性和目前半导体激光器的主要温控手段。介绍了目前半导体泵浦532nm激光器的市场状况,回顾了有限元方法在半导体激光器传热特性研究中的应用情况。其次,叙述了热电制冷的原理以及热电制冷在设计中具体应用,建立了热电制冷的半导体泵浦532nm激光器控温部分的数学模型,然后在半导体泵浦532nm激光器控温部分的设计中,通过引入有限元分析(FEM)的方法,使用ANSYS有限元分析软件,通过稳态热模拟和瞬态热模拟对控温部分结构进行热分析,并且在数学模型的指导下对结构进行了优化和热分析。研究结果表明:在同样的制冷量输入下,优化后控温部分的稳态控温能力提高了8%左右,瞬态的作用时间提高了33%,较初始结构有明显改善。最后,根据优化后的结构制作了实验装置,并且对实验装置的控温能力进行了测试。通过对比实验测试数据和ANSYS热模拟的数据,确认相互之间的误差约在10%左右;结果表明,有限元分析的应用在改善热电制冷的半导体泵浦532nm激光器控温部分性能有明显的效果,有助于缩短产品的开发周期、提高产品性能、降低研发成本、提高客户满意度。
姜笑尘[3]2012年在《半导体侧面泵浦CW棒状激光器》文中进行了进一步梳理由于半导体泵浦固体激光器具有体积小，效率高，结构简单，寿命长等优点获得了广泛的应用。本文研究半导体泵浦棒状固体激光器，为窄脉宽，高重频，高平均功率的激光放大提供放大模块。对半导体泵浦棒状激光器，综述了端面泵浦与侧面泵浦高功率固体棒状激光器的技术现状，分析了其技术上的优势和限制。对激光工作物质进行分析，确定了实验采用综合性能较好的Nd:YAG晶体。在分析现有侧面泵浦方式基础上，为优化激光器泵浦结构，提出一种新型泵浦组件。设计新型泵浦组件结构并对激光器参数进行理论分析。首先对新型泵浦结构组件进行几何结构设计。综合考虑泵浦光均匀分布、材料折射率、冷却液压力等因素情况下，通过ZEMAX模拟，得到泵浦光在激光棒内的几何形式分布，并得到新型泵浦结构组件的设计参数。其次，结合已有理论，分析了激光棒内温度分布、热应力分布、光弹效应和热应力双折射等特性。最后通过理论模拟分析了影响泵浦光分布均匀性的相关因素，给出评价泵浦光均匀性的因子。得到了激光器设计参数的最优范围。激光器结构设计和实验研究。对激光器的泵浦阵列机械结构，激光器谐振腔进行了设计。对激光器进行加工，组装，调试，实验测量了激光器的荧光分布，输出功率，光束质量等。获得输出功率963W，光光转换效率36%。验证新型泵浦组件的有效性。分析了影响提高输出功率的因素，并提出激光器改进方案。
范小贞[4]2016年在《基于新型可饱和吸收体的半导体泵浦超短脉冲激光器研究》文中研究表明超短脉冲激光器具有极短的脉冲宽度、极高的峰值功率和极宽的光谱范围,具有广泛的用途。在超短脉冲激光器中,随着半导体激光器(Laser Diode,LD)技术的发展,半导体泵浦的超短脉冲激光器研究的进展引人注目,已经步入了激光技术的主流殿堂。目前,基于可饱和吸收体的被动锁模技术是实现超短脉冲激光的主要方式之一。近年来出现的拓扑绝缘材料由于其独特的性能和廉价的获取成本,使其成为一种具有发展潜力的新型可饱和吸收体。这些新型可饱和吸收体的出现为发展超短激光锁模器件提供了新平台,为实现高性能、低成本的超短激光器提供了更加宽阔的发展空间。超短脉冲激光器的谐振腔普遍采用折叠腔形式。在折叠腔中由于光束斜入射到对曲面镜不可避免的引入了像散,像散将造成谐振腔内、外光束质量恶化。由于激光工作物质的内部热不均匀分布和热应变光弹性会引起折射率不均匀变化,从而产生热透镜效应,热透镜焦距的扰动将对激光器的稳定带来较大的影响。因此,有必要对激光谐振腔的像散和热透镜效应问题进行研究。近年来发展的Yb:KGW激光晶体,具有发射带宽,泵浦波长与激光输出波长非常接近,量子效率高,可实现高浓度Yb3+离子的掺杂且不会出现浓度猝灭的等显著优点,且可以采用成熟InGaAs半导体激光来泵浦,转化效率高、体积小、系统成本低,备受人们的关注。本文主要研究工作如下:1)采用s圆π圆结合方法提出了一种双端臂像散补偿谐振腔的设计方法,该方法简单、直观、高效,在谐振腔设计中容易实现。根据SESAM上光斑大小,给定第一个曲面镜的曲面半径和折叠角度,可以很方便的找出第二个曲面镜的曲面半径和折叠角度之间的关系,任意给出曲面半径就可以找出折叠角度,使谐振腔锁模端臂和输出端臂的像散完全补偿。2)论文首次提出了一种可以实现像散补偿的热不敏感谐振腔设计方法。该设计方法是在像散补偿谐振腔设计时,考虑热透镜的焦距,利用传播圆π圆理论实现谐振腔锁模器件位置的光斑半径对热透镜不敏感,同时实现了谐振腔两端臂的像散获得补偿。并通过实验进行了验证。3)对WS_2溶液的非线性吸收特性在800nm激光器上进行了Z-Scan实验研究,研究表明,该WS_2溶液调制深度最大约6%。利用该溶液作为可饱和吸收体和上述方法所设计的实现像散补偿的热不敏感谐振腔,进行调Q和锁模实验研究。4)在平凹、V型、Z型三种腔型中对基于LD泵浦的Yb:KGW激光器进行探索性实验研究。
杨子宁[5]2012年在《半导体泵浦铷蒸汽激光器研究》文中提出半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）兼具固体和气体激光的优势，具有量子效率高、气体介质可循环流动散热、近红外原子谱线大气透过性好、全电操作、结构紧凑等特点，有望发展成为新一代高能激光光源。目前，人们对DPAL的功率定标放大能力开展了系统深入的研究，并于近期成功实现了高效的千瓦级连续输出，正处于功率提升的关键发展时期。鉴于此，本文从理论和实验两个方面对铷DPAL开展了研究，主要包括以下几个方面的内容：1、分析了铷原子的光学特性及其与缓冲气体的相互作用情况，在此基础上建立了基于纵向泵浦结构的速率方程模型，并提出具有快速收敛特性和高计算精度的数值算法，对激光器的动力学特性进行了全面的理论分析。结果表明，DPAL的激射过程会显著促进泵浦吸收效率的提高，激光器不是工作于小信号增益状态，而是依靠碱金属原子引擎式的快速循环工作完成泵浦能量的吸收、转移和激光输出的；饱和效应的本质来源于精细结构弛豫速率的不足，可以通过调节缓冲气体种类及分压或者增加碱金属原子密度的方案解决，使激光器工作于接近准二能级状态的线性输出区；作为三能级系统，泵浦强度应远大于阈值强度以有效抑制自发辐射的影响；激光器的操作存在最优温度，该温度下泵浦吸收和荧光损耗之间达到最佳平衡而获得最大的光光转换效率；泵浦强度一定时，采用线宽较窄的泵浦光源和较低缓冲气压的增益介质易于实现高光光转换效率，反之则需要提高泵浦强度才能达到相同的效率，但后者对光谱漂移等因素造成的影响具有更好的容忍度；最后指出纵向泵浦结构中增益长度和温度之间具有等价性，并分析了腔内损耗以及耦合输出率的影响。上述结论对激光器的优化设计具有指导意义。2、对大功率窄线宽半导体泵浦源开展了实验研究。采用Littman外腔结构对单宽面元半导体激光器进行线宽压窄，实现了线宽小于0.06nm功率10W的激光输出，调谐范围5nm，外腔效率60%；对线阵半导体激光器采用复合外腔方案，有效抑制了笑脸效应的不利影响，实现了线宽小于0.1nm功率41W的激光输出，外腔效率53%；最后对线阵半导体激光器采用体光栅方案，获得了线宽0.1nm，功率74W的激光输出，外腔效率达到95%。鉴于体光栅方案具有高外腔效率和结构紧凑等优势，采用该方案作为DPAL的泵浦源。3、对铷DPAL开展了实验研究。首先研究了铷-乙烷-氦气混合增益介质的吸收光谱特性、泵浦吸收特性以及荧光特性，在此基础上采用端面泵浦结构在准连续泵浦模式下进行了出光实验，获得了峰值功率1.4W的795nm铷激光输出，光光转换效率4.8%，斜率效率7.5%，分析认为泵浦吸收不足、低模式匹配因子以及高谐振腔损耗是造成光光效率较低的主要原因，并提出了进一步的解决方案；通过观察升温过程中出射光斑形貌变化研究了激光器的阈值行为；在56W连续泵浦模式下激光器工作了4.4s后窗口损坏，通过拉曼谱分析并结合文献报道，认为铷原子与乙烷发生了化学反应，且窗口材料也可能参与了反应，进一步的分析认为这一现象与局部温升过高有关，良好的热管理可以避免化学反应的发生。4、建立了横向泵浦流动介质DPAL理论模型，通过与文献中实验结果的对比验证了模型的有效性；在此基础上对泵浦、激光和气流方向三者垂直这一结构的高功率定标放大方案进行了研究，结果表明：在保持一定的合理泵浦强度条件下，通过增加介质长度及相应的泵浦功率能够在与热管理解耦的前提下实现按比例功率放大，是未来激光器功率提升的主要方案，宽度和高度方向的设计需要根据热管理、操作温度、输出光斑形状以及泵浦聚焦准直等实际工程因素综合考虑；对单侧、单侧双程以及对称双侧泵浦三种结构进行了对比分析；对兆瓦级DPAL进行了概念设计，在参数基本合理或是短期未来有望实现的条件下预测了输出功率1.7MW光光效率大于85%的结果，进一步理论证实了DPAL未来的发展潜力。5、建立了MOPA结构DPAL理论模型，提出新的用于计算体块状增益介质ASE效应的方法，综合考虑了纵向和横向ASE效应，将其耦合进速率方程进行计算，能够求解出ASE损耗的范围；在此基础上研究了种子光强、泵浦光强及操作温度等重要参量的影响，结果表明采用强注入种子光（~kW/cm2）进行饱和放大能够有效抑制ASE效应，确保其不会成为功率提升的瓶颈性因素；对高功率定标放大方案进行了研究，指出在固定泵浦强度下延展介质长度及相应泵浦功率将是最优选择方案。
石磊[6]2014年在《半导体泵浦全固态激光测距仪的研制》文中研究说明为适应工程小型化平台需要,研制了一种半导体泵浦全固态激光测距仪。采取半导体泵浦方式,激光谐振腔设计为平平腔,采用金属热沉冷却与半导体制冷相结合,研制出的激光测距仪工作频率可达20Hz,测程大于20km,测距精度可达±1.5m。经过试验验证,性能稳定,指标可靠。
孙哲, 李强, 姜梦华, 雷訇, 惠勇凌[7]2012年在《亚纳秒脉宽半导体泵浦电光调QNd:YVO_4激光器》文中研究指明报道了一种利用半导体端面泵浦Nd:YVO4晶体,采用电光调Q的短腔激光器。通过理论分析和实验研究,我们确定了激光器的结构和参数。在重复频率为1-100Hz的范围内,获得的脉宽小于600ps,单脉冲能量大于0.42mJ的激光输出,光束质量M2为1.9的百赫兹激光输出,不稳定度小于±3%。
杨子宁, 王红岩, 华卫红, 陆启生, 肖楠[8]2011年在《半导体泵浦铷蒸气激光器国内首次出光》文中研究说明采用体光栅对商用线阵半导体激光器进行线宽压缩,得到线宽0.1nm、中心波长780.2nm、最高连续输出功率80W的泵浦激光输出。为了降低热效应,通过外加斩波器将泵浦光转化为脉冲模式,脉宽440μs,占空比为1∶5。采用长度为5mm的铷金属饱和蒸气作为增益介质,并在常温下充入33kPa乙烷和47kPa氦气,进行了出光实验。在泵浦峰值功率35.4W,铷吸收池温度120℃时,得到峰值功率600mW的795nm铷激光输出,斜率效率为1.7%。
王志勇[9]2003年在《固体RGB激光光源及其在显示技术方面的应用研究》文中指出随着激光技术的不断发展，尤其是在日益成熟的固体激光晶体的生长技术的促进下，固体激光光源已经成为激光光源的主力军。其中的可见光光源尤其是作为原色光源的RGB激光在光显示领域占有重要位置。本文主要分析了实现固体RGB激光光源的非线性频率变换技术，实现了固体RGB激光光源的研制，分析了RGB激光光源在激光电视技术方面的应用。共包括以下五部分内容：通过参考相关国内外文献，从气体激光器、半导体激光器、固体激光器、染料激光器和光纤激光器等五个方面对RGB激光光源的发展现状进行了较为全面的分析论述，从光存储、光显示、激光医疗、激光微加工等四个方面介绍了RGB激光光源的主要应用领域。分析了半导体泵浦固体激光技术的发展概况以及半导体泵浦固体激光器的特点和优点。以着重分析倍频技术为主要内容，对激光非线性频率变换技术进行理论分析，详细介绍了常用非线性晶体的特征和相关参数。重点分析了高功率LD阵列泵浦的固体激光器热效应问题，提出了LD阵列与激光介质分别水冷的方案来解决高功率全固态激光器的热效应问题。应用内腔倍频技术，同时实现了Nd：YAG激光器660nm、532nm、473nm三个波长的RGB激光光源的研制。论证了应用光学参量振荡技术实现可调谐RGB激光光源的可行性方案。分析了显示技术发展现状，初步探讨了RGB激光光源在显示技术方面的应用，设计了RGB激光光源应用于激光电视技术中的扫描方案。
鲍正堃[10]2014年在《半导体泵浦镱掺杂光纤激光器及其倍频特性研究》文中指出光纤激光器基于高光束质量、高效率、体积轻便、高功率工作状态下只需风冷等显著优势,成为了当今激光产业的研究热点。光纤激光器输出激光的波长范围有限,将高转换效率的倍频晶体和镱掺杂光纤激光器相结合产生高质量的绿光大大提高了光纤激光器在各领域的应用。本文通过主振荡功率放大技术,采用小功率脉冲激光器作为激光种子源,经过二级镱掺杂增益光纤放大,实现了中心波长1064nm、脉冲宽度在53ns-147ns之间可调、重复频率在50kHz-200kHz之间可调的半导体泵浦镱掺杂光纤激光器。分别使用KTP、LBO晶体进行腔外倍频实验,均得到了由1064nm基频光倍频的532nm可见绿光。当基频光脉冲宽度53ns、重复频率50kHz、输出功率3.95W时,KTP作为倍频晶体,倍频得到638mW的532nm绿光,相应的倍频效率为16.2%。
参考文献：
[1]. 新型高性能半导体泵浦固体激光电源技术研究[D]. 王振. 华中科技大学. 2006
[2]. 热电制冷的半导体泵浦532nm激光器控温性能优化研究[D]. 沈渊. 上海交通大学. 2011
[3]. 半导体侧面泵浦CW棒状激光器[D]. 姜笑尘. 北京工业大学. 2012
[4]. 基于新型可饱和吸收体的半导体泵浦超短脉冲激光器研究[D]. 范小贞. 深圳大学. 2016
[5]. 半导体泵浦铷蒸汽激光器研究[D]. 杨子宁. 国防科学技术大学. 2012
[6]. 半导体泵浦全固态激光测距仪的研制[J]. 石磊. 光学与光电技术. 2014
[7]. 亚纳秒脉宽半导体泵浦电光调QNd:YVO_4激光器[C]. 孙哲, 李强, 姜梦华, 雷訇, 惠勇凌. 第十届全国光电技术学术交流会论文集. 2012
[8]. 半导体泵浦铷蒸气激光器国内首次出光[J]. 杨子宁, 王红岩, 华卫红, 陆启生, 肖楠. 强激光与粒子束. 2011
[9]. 固体RGB激光光源及其在显示技术方面的应用研究[D]. 王志勇. 天津大学. 2003
[10]. 半导体泵浦镱掺杂光纤激光器及其倍频特性研究[D]. 鲍正堃. 长春理工大学. 2014
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