激光器的热透镜效应(共12页).doc

《激光器的热透镜效应(共12页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《激光器的热透镜效应(共12页).doc（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上新型光学谐振器和热透镜效应Thomas Graf Rudolf Weber, and Heinz-P. Weber应用物理研究所， Beme Sidlerstrasse 5大学，CH - 301 2 Beme，瑞士概要激光谐振腔支持稳定的振荡的最大功率范围主要是由活性介质（热）材料常数和冷却方法所决定。通过控制稳定的基本模式操作的功率范围，可以转移到更高的能量，具有特殊的腔设计和腔内光学但稳定范围的宽度不会受到影响。此外，在泵的活性介质强度增加也加剧了非球面元件的热诱导的扭曲。因此，开发新颖的谐振器时，分析这些热效应具有重大意义。我们目前对热诱导的扭曲，一种新型的多棒

2、激光腔，变量配置的谐振器（VCR）进行分析。对热效应进行了数值模拟和实验的研究。我们目前对各种抽水和冷却方案进行比较后发现复合棒端面泵浦激光器提供最有效的冷却。VCR被开发调控基本模式激光器的功率范围。由于其能力作为法布里 - 珀罗谐振器，它克服了稳定性与传统的多棒谐振器相关的问题，并允许一个新的Q开关技术作为一种环形腔运行。关键词：固态激光器，二极管泵浦激光器，光学谐振器，热透镜效应，热致双折射。1. 介绍二极管泵浦固态激光器，有着广泛的工业和科学应用。二极管激光器价格的不断下降，应用正在扩展到高功率范围。此外，泵浦方式的改善使二极管激光辐射高效和紧聚焦到激光材料。由于大量吸收功率，这将导致

3、强烈的局部加热。因此，在固态激光材料的热效应已经获得了相当高功率，半导体激光泵浦全固态激光器作为一个发展中的关键问题的重要性被提高。选中激光材料后，热效应只与冷却的方法有关，然后必须采用适当的谐振器设计。我们在下面的实验和数值调查报告二极管激光的热效应泵浦全固态激光器和特殊的光学谐振器的发展。热透镜效应和应力引起的双折射用于比较四种不同的冷却技术。完全验证的数值有限元（FE）代码，它也适用于区分不同的热透镜效应的贡献 - 比如弯曲的表面和折射率变化与温度和应力性曲折分析高功率激光器的功率调整的极限。进一步的功率调节功能则需要使用更长的侧面泵浦激光棒多棒谐振器的使用。多棒谐振器特别适合规模在几十

4、瓦的顺序输出功率，高光束质量的激光器的输出功率。在这种情况下，热扭曲分发到几个激光棒，在同一个腔泵的功率降低。我们报告一个独特的激光谐振腔，变量配置的谐振器（VCR），他具有反向泵浦多棒谐振器的可调性。特别是录像机的稳定性能与传统的多棒的法布里 - 珀罗谐振解决了严重的稳定性问题，并允许一个新的Q开关技术。在下面的章节中，我们将首先考虑球面镜片的近似热引起的扭曲，并讨论TEM0模式激光器的规定下能量的限制。我们对不同的激光棒的冷却方法进行了比较。热致双折射所造成的损失在短期内第3节中讨论。2近似球面透镜端面泵浦Nd：YAG激光器不同冷却方案数值模拟比较采用热致端面泵浦Nd束扭曲：YAG激光棒图

5、1所示为不同的冷却方法。首先FE代码SESES的数值计算结果与实验结果进行比较验证，然后比较采用不同的冷却技术，在相同条件下的有限元模拟。热诱导的平均镜头电源限制在本节结束讨论。2.1有限元计算验证最常见的冷却方式激光棒是包裹在铟箔（我们的例子厚100pm），并安装如图所示的冷却底座上。传热系数h=1.5W.c. 推导出铟棒表面接触系数。非制冷泵杆的表面，与周围的空气接触，只提供了一个非常薄弱的冷却(h = 0.005 W.cm(-2).K(-1).在图1b中，端面泵浦的杆在边缘和末端被水冷却（20毫米长，直径9.5毫米），如果水的流速是2L/MIN并且冷却棒的直径是16mm那么传热系数可以算

6、出是h=1.0 W.cm(-2).K(-1)，在图C中棒（20mm长9.5毫米直径）仍然是与水直接冷却的边缘，但部分水冷却是依靠紧密安装在冷却泵浦表面泵杆面蓝宝石板（1毫米厚的），蓝宝石板表面进行了/10抛光。如果没有HR涂激光波长的激光棒端面，蓝宝石板必须用AR镀膜。由于高杆的表面质量和蓝宝石板，没有水渗入两种材料之间的区域。 表1：受调查的四个不同的冷却方法的计划，a）“非致冷”：铟箔包裹的激光棒安装在水冷铜散热器，泵的表面未被致冷 b）“水冷”：圆柱面和泵浦的激光棒的表面与水直接冷却C）“蓝宝石板冷却”：蓝宝石板压住泵杆面，杆和部分蓝宝石板进行水冷却d）“复合棒”：激光棒的两端未掺杂。棒

7、是用水冷却的边缘。图2：计算（线）和测量（点）根据非激射条件的OPD。 （一）水冷式杆泵功率15 W。（二）蓝宝石板冷却泵功率15 W。 （三）复合棒与泵浦功率25 W。虚线计算H =1.3 W.cm(-2).K(-1) “（而不是1.0 W.cm(-2).K(-1)”。随着1 1/mim的水流量和冷却装置直径23毫米， 推导出在与水接触的所有表面传热系数H =0.67 W.cm(-2).K(-1)根据11/mm的水流量和一个直径23毫米的FBR冷却装置，推导出在与水接触的所有表面传热系数H =0.67W.cm(-2).K(-1) ，最后，在1d图中的边缘冷却的激光棒泵浦末端部分是保持未掺杂的

8、，直径为4毫米的复合棒由一个16毫米长，10.3掺杂的中心部分，和每边5毫米的未掺杂部分，随着0.41/mm水流量和一个直径6毫米的冷却装置，推导出棒和水之间的传热系数h=1.0 W.cm(-2).K(-1)，我们将把这些不同的泵浦棒表面的冷却方法分别分为“非致冷”，“水冷却”，“蓝宝石冷却板”和“复合棒”，棒的中心使用DL-50泵浦其规模为0.96 x0.68 mm2，发散角是235 mrad x 96 mrad，在808纳米中心的相对广谱的1.04掺杂棒的平均吸声系数为3.5c，对于10.3掺杂复合棒，吸收系数为4.5 c图2显示了空间分辨的干涉测量（点）和计算（实线）光学路径的差异，非激

9、射条件下（OPD）在飞机具有较大的泵光斑直径的结果为三种情况（一）水冷却，（二）蓝宝石板冷却，及（c）复合棒，很好的计算和测量OPD之间的办法是实现所有三种冷却方式。请注意，热透镜只依赖于OPD的形状，而不是其绝对值，。一个理想的薄透镜OPD是抛物线形。正如在参考文献9所讨论的，在一阶近似，一个长度为L的纵向泵浦棒的热透镜可以形容为薄理想的镜头之间夹在两个不失真激光棒的长度为L/ 2件（空气中）。这个理想透镜近似焦距的解析表达式是：其中P是吸收的泵浦功率，二是P的分数转换为热能，WP为泵点半径和C是一个常数称为特定的焦距。这种特定的焦距只取决于冷却方法和材料和激光棒的常量。常数，i在1.04%

10、掺钕：YAG激光和非激光条件下，分别等于0.32和0.43，利用光束传播法，平均热透镜可在激光条件下测得，等价于一个抛物线最小二乘拟合计算OPD。这分别产生了特定的焦距约2400,3300和2900mmW/mm2的水冷，蓝宝石板冷却，以及复合棒。从实验和FE代码的平均热透镜之间的协议在整个泵的范围内，所有的冷却方法，所有实验的几何实验中最好。这些值不能直接比较，因为实验条件和几何形状不同的冷却方法不相同。但良好的协议之间的实验和数值模拟提供了良好的效果，FE代码产生逼真的效果，因此可以被用于不同的情况作进一步的数值分析。2.2冷却方法的比较除了使我们能够比较在相同条件下的冷却方法，有限元分析允

11、许获得热加载的激光棒的机械和光学性能的详细信息，单独的热透镜效应，如不同的贡献，弯曲的表面和应力引起的扭曲。如图1所示的四种不同的冷却技术相比，使用下列条件的Nd：YAG棒直径9.5毫米和20毫米的长度。复合棒由5毫米长的一块未掺杂的YAG激光泵浦棒为表面。表面与水和空气接触，其传热系数分别为0.67和0.005 W.cm(-2).K(-1)。15W吸收泵功率的泵模块有DL-50光束特性和吸收系数3.5 c。图3.屈光度功率，在Nd：YAG激光对不同的冷却方法分为从热的一部分，造成末端表面的弯曲。水泵功率：15瓦，棒直径：9.5毫米，泵的光斑直径：0.96毫米。杆与非致冷泵浦端面的温度分布计算

12、，最高气温在端面中心与上述冷却水的温度最高值的59.5 K。任何冷却泵表面，大大降低了在杆的末端附近的温度。位于杆内部的是最高温度。水冷显示减少了约25的最高温度。蓝宝石板冷却减少量约20。取得最大的温度降低约35的复合棒，是通过掺杂区流走热的一个重要组成部分。图3有四种不同的冷却方法的平均球面镜片比较。总屈光力（D= 1 / F）的热诱导镜头已被分隔在一个纯粹的热的部分，引起产生折射率的温度趋向性，以及泵浦端面弯曲的表面所造成的最终的效果。应力引起的折射率变化相对较弱，并没有热透镜显着的贡献。应力双折射是在第3节中讨论。由图3可见，镜头的热冷却方式的影响不显着。屈光度功率大约是所有的方法都是

13、相同的，并有一个约2.2米（F =450毫米）的值。这意味着，径向温度梯度对所有冷却的方法泵当场程度几乎相同。相比之下，影响最终的效果是非常明显的冷却方法。泵浦表面的弯曲，从而相应的屈光度力量是非常强的非致冷杆和水冷仍然重要。但它大大减少蓝宝石板冷却，甚至是复合棒。2.3由于热透镜效应的功率限制TEM00模半径内的光学谐振腔的热透镜的屈光度电源不同，测量的热透镜的变化位置显着，被无限的稳定范围的边缘，介于两者之间采用最低。屈光度的最大功率范围内，其中包含一个单一的热透镜激光谐振器（但不包括自适应光学）是稳定的，是由其中D是热透镜屈光度功率而是激光波长。方程（1）给出了在激光棒的谐振支持稳定的振

14、荡吸收功率范围的限制。对于一个具有N棒的激光谐振腔吸收稳定运行的最大总功率范围，因此有在整个稳定范围内运作的基本模式，谐振器必须设计TEM0模式的半径是永远不会小于泵光斑半径，即WP = WMM因此，基本模式操作的稳定范围是有限的到由方程（4），没有量的腔设计，可避免此限制。其中一个谐振器支持稳定的基本模式振荡的功率范围是完全取决于激光棒，激光材料的具体焦距（因此冷却的方法和材料特性）和吸收小数泵浦功率转换为热能。对于边缘冷却的Nd：YAG（TI= 0.32）杆无脸冷却（见图IA）泵的最大功率范围内稳定的基本模式操作被认为是激光棒的19，W（cf=1400 mm.W/m）在第4节讨论一种新型的

15、谐振器，是专门为使用多棒谐振器的功率缩放的.3应力和应力双折射虽然折射率的应力引起的变化不显着贡献的热透镜，他们有一个光的偏振的强烈冲击。应力双折射，因此可能导致显着的功率损耗图4.。兆帕最高的主应力分布。两个等压线之间的差别是8.5兆帕。箭头指示的拉应力的最大值及其位置。水泵的功率是15瓦，集中到一个与直径的0.96毫米的点。吸声系数是3.5c图5.双折射非致冷端面泵浦功率在50 W的激光棒A）测量和B）与泵的光斑半径为0.5毫米计算。 C）计算泵的光斑半径为1.5 mm的双折射。亮的地方对应的去极化损失。激光谐振器与偏光元素。热致双折射是由于更强大的内在双折射，可以忽略不计非各向同性的激光

16、基质材料。然而，由于激光棒断裂极限，热致应力，拉伸应力，特别是始终对泵浦功率的限制，YAG断裂极限约为150MPa的拉应力（负值对应的压应力）。对于不同冷却方法ND;YAG棒的最高压力分布将在图4讨论。晶体结构，泵浦功率和泵光束特性和前面的比较相同。大的拉应力出现在非制冷和水冷棒的情况下，最大值分别为为29 MPa和37 MPA，。这两种方法都显示泵的冷却水在压力的30增加表面的中心附近发生最大应力。其他两个冷却方法显示出杆液压缸的表面，约2-3毫米，这是位于远离泵浦末端约14兆帕显着降低最大应力的地方。这些数字清楚地表明，固态冷却泵表面是非常有效地减少了在激光棒的拉伸应力。和50瓦的泵与双通

17、后，在非制冷端面（图1A）的激光棒热致双折射偏光片有去极化损失，如图5所示。定性测量（图5a）和模拟（图5b）的连接是目前正在开展的非常好的定量比较。在图5a中出现热诱导的镜头的同心条纹。在计算结果只考虑了双折射。图5a和5b，泵的功率是在一个半径为0.5毫米的泵产生。对于图5c泵心半径为1.5 mm。所有三个图片的晶体直径9.5为毫米。有限元模拟被用于比较不同的冷却方法下激光棒的去极化损失，对于一个固定的泵WP光斑半径=1毫米，一个15瓦的泵功率，三个不同情况下：非致冷端面，水冷端面的光束半径WB遭受损失的分布，和复合棒如图6所示。作为一个经验法则，人们发现，如果WP和WB都小于一半的激光棒

18、的半径，那么复合棒导致去极化损失少。水冷或者非致冷方法在光束半径大于杆半径的一半的情况下受到青睐。综上所述，考虑到平均热透镜和热致双折射，复合棒将在端面泵浦激光器具有实际情况的最佳性能。我们还发现，长度图6交叉偏光片与光束半径不同的冷却方法的去极化损失。泵的光斑半径为1 mm和泵浦功率为15 W。杆的掺杂的结尾部分不应该比激光棒半径短，以避免泵的端面弯曲。热应力对最终的权力限制在激光材料的拉伸应力引起的断裂。对于侧泵浦Nd：YAG激光器在809 nm的泵浦，这个限制范围从150瓦左右，以每厘米的杆泵功率约300 W，主要取决于材料的质量和方法（如抛光或化学其表面蚀刻）。因此，进一步的功率调整涉

19、及使用长棒多棒腔的发展。在下面一节讨论一种新型的多棒中的稳定性明显优于传统的线性的法布里 - 珀罗多棒谐振腔。4可变配置谐振器变量配置的谐振器（VCR），最初的开发是以缩放端面泵浦的基本模式激光器功率为目的。由于其特殊的稳定性能也非常适合侧面泵浦的高功率激光器的功率缩放。我们本来建议参考13这个新的谐振器架构，连同初步的实验结果。参考14有从优化设置的研究结果。VCR可以在法布里 - 珀罗配置，或作为一个环形谐振振荡。由于在不同的两种配置稳定的条件下，VCR克服一些通常与法布里 - 珀罗型多连杆谐振稳定性问题。随着普克尔盒VCR之间进行切换的两种配置（因此得名），它提供了一个新的Q开关技术的机

20、会。相比之下线性多棒谐振器，VCR，激光棒，由于谐振器的几何形状容易折叠所以很容易实现端面泵浦。VCR一个三杆的版本显示在图7a。三个激光棒（LC）端面泵浦泵束PB。要描述通过VCR的路径，它是有用的考虑之一VCR十字结构的边发生的事情。因为它有一个四分之一波片的双通镜子光偏振片P将反映在OC臂（在C臂或者OC臂的返回光路上安装偏光板。（量子阱的过程中）也将有其偏振翻转90 。这意味着，光，如果最初通过偏振分束P传输，其返回到偏振片，反映，反之亦然。因此，每当有一个到位的四分之一波片的光将被迫入展VCR下一个臂，而不是回到它来自何处。如果在所有四个四分之一波板，轻者会遍历所有四个VCR臂序列。

21、这意味着，该谐振器在环配置（往返行程：)。然而，四分之一波板在缺少一只臂时，反射的光线在镜边将从来处将其返回，因为它不会有其极化翻转。在这种情况下，我们有一个法布里 - 珀罗谐振器没有底镜图7.一）三杆版本变量配置的谐振器（VCR）。PB：泵束，立法会：激光晶体（杆），C：涂端面的激光棒（激光辐射AR泵辐射HR），P：偏振片。量子阱：四分之一为波板，OC输出耦合。二）稳定G -图VCR。灰色阴影区是稳定的法布里 - 珀罗配置区域，点面积环配置的稳定区域。 QS是一个合适的配置Q开关点。四分之一波片构成的法布里 - 珀罗腔（往返，如果量子阱缺少的两端：第十一).请注意，偏振片P和四分之一波片的量

22、子阱之间的线性偏振模式并不是唯一可能的偏振态。一个详细的分析表明，也有一个圆极化模式，在P的位置，即模式可以描述为两个部分传播组件的线性叠加，但相互正交极化事实上，VCR都配置总是散发出完全非极化辐射。不同的可能适应VCR，使线性极化输出将在以后的篇章报告。录像机还可以扩展到超过三月底使用额外偏振片每增加偏振片P.的泵浦激光棒，激光棒的数量可以由两个增加。从图7a中可以看到，VCR的优势之一是它可以端面泵浦很容易，它允许高效的TEM0操作模式。在传统的线性多棒谐振器，棒，只能使用分色光束分离器耦合到激光轴泵辐射纵向泵浦。还值得一提的是，VCR热致双折射不会导致功率损耗。去极化光耦合谐振器，它只

23、是在相反的方向传播。也许最有趣的VCR特性是在稳定的条件下，两种配置之间的差异。稳定的法布里 - 珀罗配置情况。其中，G1和G2是众所周知的谐振器的参数，是代表稳定，如图7b所示的G -图中的灰色阴影区域。它可以很容易地显示，环形谐振腔的稳定条件。2g1+g22这种稳定的条件是代表由图7b中的虚线区域，并提供了比传统的线性多棒的法布里 - 珀罗谐振器的重要优势。为了有一个单一的，连续功率范围内稳定的振荡，一个多棒的法布里 - 珀罗谐振器必须满足以下条件：它必须是绝对对称的（G1，G2），所有的热透镜必须是平等的，热透镜等距离整个谐振器，以及飞机结束之间的距离镜腔和最近的热透镜必须正好是两个相邻

24、的热透镜之间的距离的一半。只有在这些条件下，谐振器与不同的泵浦功率P1和P2（图7b）之间的直线，没有离开灰色稳定区域。更确切地说，与泵浦功率的增加，谐振器的G -图表示将P1和P2两个转折点之间和背部有多次有杆腔临行前在任P1或P2的稳定区域，只要一个轻微的不对称是这个谐振器，也不会再按照直线图7b，但遵循一个稍微复杂的跟踪，留在共聚焦点附近的每一个阶段（GI = G2= 0）的稳定区域，频率较低，在PI和P2点。对于一个有N个棒腔，由方程（4）稳定的振荡功率范围将被分成2N单独和小功率范围。可以从图7b点缀面积的非对称谐振器不会导致附近的焦点ifthe谐振环配置任何稳定性问题，因为点与G1

25、= G2= 0的稳定区域中为环形腔。这意味着，VCR不仅是一个多棒谐振器，可以很容易地端面泵浦，它也解决了显着的稳定相关的问题与多连杆的法布里 - 珀罗谐振。由于折叠的几何形状，它也可以让一个非常紧凑的设置。泵浦Nd：YAG激光棒VCR（3毫米直径，10毫米长）在我们的实验与光纤芯直径的光纤耦合二极管激光棒（JOLD- 15- CPXF- 1L，德国耶拿，德国）600时，数值孔径为0.2。非制冷泵的棒端面（图拉）。输出耦合器（OC），有80的反射率。杆LC（X）的业主立案法团和结束之间的距离是14.5厘米和立法会和LC两端之间的距离29厘米。（环和法布里 - 珀罗）在这两种配置，在泵的最大功率

26、的激光棒（泵总功率为27瓦），9.0 W每一个基本模式，输出功率10W。这相当于一个良好的光效为37。光 - 光的斜率效率为53。由于在第二单元中讨论的复合棒的优势，我们最近使用的Nd：YAG激光棒5毫米长的非掺杂结束。泵浦Nd：YAG激光棒VCR（3毫米直径，10毫米长）在我们的实验与光纤芯直径的光纤耦合二极管激光棒（JOLD- 15- CPXF- 1L，德国耶拿，德国）600pm和数值孔径为0.2。非制冷泵的棒端面（图拉）。输出耦合器（OC），有80的反射率。杆LC（X）的业主立案法团和结束之间的距离是14.5厘米，LC和LC末端之间的距离是29厘米。（环和法布里 - 珀罗）在这两种配置，

27、在泵的最大功率的激光棒（泵总功率为27瓦），9.0 W每一个基本模式，输出功率10W。这相当于一个良好的光效为37。光 - 光的斜率效率为53。由于在第二单元中讨论的复合棒的优势，我们最近使用的Nd：YAG激光棒5毫米长的非掺杂末端。随着复合棒的最大输出功率为16 W的法布里 - 珀罗配置和15 W与环附近的基本模式的光束质量配置。这些结果是有限的38 W最大可用泵总功率（每份晶体12.7W）。光效率测定，分别为42和39的法布里 - 珀罗和环配置。由于较大的比我们预期的基本模式的输出功率和40以上的光学效率的20-30 W将与三杆VCR获得通过增加总的泵浦功率复合棒的焦距。由于环和法布里 -

28、 珀罗谐振器不同稳定的条件下，VCR提供了一个新的Q开关技术的可能性。由此可以看出，从图7b，有稳定G -图VCR是稳定有一个配置，但在其他配置不稳定的地方。如果，例如，VCR是在QS图7b所示设立明显不对称谐振点运行，激光，是不稳定的法布里 - 珀罗配置（低Q）和稳定环配置（高Q）。此配置的Q开关技术已被用来在VCR包含三个钕：YAG激光棒与非致冷端面。随着泵总持续时间为20 ns和一个脉冲能量0.78mJ（因而峰值功率为39千瓦）的功率为24瓦，脉冲重复率在200赫兹。在6.7 kHz的重复率，平均输出功率为3.0 W与0.45兆焦耳/40 ns的脉冲。这些结果表明，配置Q开关是一种有效的

29、重复Q开关为进一步优化设置提供承诺VCR激光的新方法。5.高电源侧泵浦激光器虽然基模激光器的输出功率可使用端面泵浦激光棒VCR，远高于缩放的权力，可以实现使用侧泵浦棒。与泵送方的主要问题是防止高的横向振荡腔的模式，以避免光束质量的退化。这涉及到双方的优化，泵的配置和谐振器模式的特点。为此，我们已经开发出一种新型泵和可扩展计划，我们称之为转导，并结合横向复合激光晶体中掺杂的YAG棒的掺钕核心，这是用来集中在该中心的增益激光介质。图8a所示的转导系统是在Paralas系统中使用的抽水计划的改善。Paralas激光输出功率205W，38的光 - 光效率。转导包括三个重点元素，允许地方三个二极管激光栈

30、杆周围。这些栈通常提供约160W功率泵每堆叠高度（只有一个栈如图8a所示）每厘米。（慢轴）交界处的平面布置垂直轴杆。在这架飞机中，二极管的辐射聚焦到与杆轴的圆柱形玻璃表面。在快轴，二极管的辐射仅仅是局限于单片转导体的平面抛光。三倍的几何形状，确保同质抽杆的中心，因为一个堆栈产生的非均匀泵浦的效果，是其他两个栈补偿。一方面，这有助于减少热透镜的非球面像差。另一方面，它允许高效的激光棒抽水的要求，在不降低泵杆直径的几何重叠和激射模式的重大损失，位于中心转导杆本身和四周是由其中包含了冷却水的通道。请注意，这样的安排并不需要为快轴准直器等任何额外的光学，而无动于衷二极管不对。此外，它允许使用非常高的泵

31、浦功率，单位杆长度。单位杆长度泵浦功率可以部分调整，通过适当选择的转导体的厚度。在目前的实验中，分别用三栈包含三个二极管激光棒。他们提供了一个泵总功率200瓦的转导体的厚度8毫米导致泵的最大功率每单位250 WIcm杆长度。在实验中使用的复合棒图8b所示。使用5的输出耦合泵总功率200 W的19.6，光 - 光的斜率效率获得，这是与侧泵浦的配置相媲美的33.0 W的最大输出功率与M2= 9复合板。图.转导抽水计划（a）和侧面泵浦复合材料的Nd：YAG棒（二）与掺杂的YAG晶体中掺钕的核心直径复合棒（4毫米），输出功率为58 W与=23。这意味着，虽然输出功率比较低，由于减去总功率吸收的复合棒几

32、何原因，亮度增加了4个因素复合棒。强调特定功能我们新颖的横向复合材料的Nd：YAG棒是使用氟化锂：F2腔被动Q开关晶体。结果发现，这进一步降低了平均光束传播因子= 4低。改善侧泵浦激光器的光束质量的另一种方法是使用相位板或分级相辉映。这些元素具有额外的好处，他们可以提供一个高的区别之间的横向模式，可用于生成定制设计的振幅分布的基本模式（如超高斯）。这提供了非常强大的方法来控制输出光束特性，特别是如果与适应机制相结合。这些元素的设计，需要精确的增益介质的热效应引起的相位扭曲知识。进一步的实验和数值研究这些现象，因此具有重大意义。6结论随着可以传递到激光介质的泵浦功率不断增加，热引起的扭曲和新型谐

33、振器的发展概念，其中包括谐振器的结构，泵浦方式和冷却方法的详细分析 - 越来越重要的。在这里，我们已经讨论了不同的冷却方式的热效应的数值模拟的帮助。结果发现，复合棒，大多数的实际情况提供最佳的端面泵浦激光器的性能。一种新型的具有独特的稳定性能和高功率激光器高光束质量的一个新的抽水方案的谐振器的概念已经提出。非球面元件的热扭曲，在更高的功率也应占。这很可能会涉及使用腔内相位板或分级，与具有自适应能力的理论相结合。REFERENCES1. P. J. St. Pierre, D. W. Mordaunt, H. Injeyan, J. G. Berg, R. C. Hilyard, M. E. W

34、eber, M. G. Wickham, G. M. Harpole,R. Senn, Diode array pumped kilowatt laser, IEEE J. Selected Topics Quant. Electron., 3, pp. 53-58, 1997.2. W. Schne, S. Knoke, S. Schinner, A. Tfinnermann, Diode-pumped CW Nd:YAG lasers with output powers up to 750w, OSA TOPS, Advanced Solid State Lasers 10, pp. 2

35、92-295, 1997.3. 5. Fujikawa, T. Kojima, K. Yasui, High-power high-efficient diode side-pumped Nd:YAG laser, OSA TOPS,Advanced Solid State Lasers 10, pp. 296-299, 1997.4. J. M. Kay, An introduction to fluid mechanics and heat transfer, 2nd ed. Cambridge, UK: Cambridge, 1963.5. H. Zbinden and R. Weber

36、, Cooling of diode-pumped solid-state lasers, internal report, University ofBerne, InstituteofApplied Physics, 1992, p.9.6. W. Koechner, Absorbed pump power, thermal profile and stresses in a cw pumped Nd:YAG crystal, App!. Opt., 9,pp. 1429-1434, 1985, reprinted 1993.7. R. Weber, B. Neuenschwander,

37、M. MacDonald, M. B. Roos, and Heinz P. Weber, Cooling schemes for longitudinallydiode laser pumped Nd:YAG rods, IEEE J. Quantum Electron., 34, pp. 1046-1053, 1998.8. SESES is distributed by NM, Numerical Modeling GmbH, CH-8800 Thaiwil, Switzerland.9. V. Magni, Resonators for solid-state lasers with

38、large-volume fimdamental mode and high alignment stability,Applied Optics, 25, pp. 107-1 17, 1986.10. M. E. Innocenzi, H. T. Yura, C. L. Fincher, and R. A. Fields, Thermal modeling of continuous-wave end-pumpedsolid-state lasers, Appl. Phys. Lett., 56, pp. 1831-1833, 1990.1 1. T. Y. Fan, Heat genera

39、tion in Nd:YAG and Yb:YAG, IEEE J. Quantum Electron., 24, pp. 363-370, 1992.12. B. Neuenschwander, R. Weber, and H. P. Weber, Determination ofthe thermal lens in solid-state lasers with stablecavities, IEEE J. Quantum Electron., 3 1 , pp. 1082-1 087, 1995.13. Th. Graf, J. E. Balmer, R. Weber, H. P.

40、Weber, Multi-Nd:YAG-Rod variable-configuration resonator (VCR) endpumped by multiple diode-laser bars, Optics Communications, 135, pp. 171-178, 1997.14. Th. Graf, M. P. MacDonald, J. E. Balmer, R. Weber, and H. P. Weber, Variable-Configuration Resonator (VCR) withThree Diode-Laser End-Pumped Nd:YAG

41、Rods, OSA TOPS, 10, Advanced Solid-State Lasers, Orlando, pp. 370-375,1997, ISBN 1-55752-468-815. J. Marion, Strengthened solid-state laser materials, Appi. Phys. Lett., 47, pp. 694-696, 198516. M. P. MacDonald, Th. Graf, J. E. Balmer and H. P. Weber, Efficient Polarised Output from End-Pumped Multi

42、rodResonators, to be published.1 7. K. P. Driedger, R. M. Iffl.nder, and H. Weber, Multirod resonators for high-power solid-state lasers with improvedbeam quality, IEEE J. Quantum Electron., 24, pp. 665-674, 1988.18. M. P. MacDonald, Th. Graf, J. E. Balmer, H. P. Weber, Highly efficient Nd:YAG multi

43、-composite-rod laser, OSAconference on Advanced Solid-State Lasers, ASSL, Boston, MA, USA, January 31 -February 3, 1999, Paper: MEl 119. M. P. MacDonald, Th. Graf, J. E. Bahner, H. P. Weber, Configuration Q-switching in a Diode-Pumped MultirodVariable-Configuration Resonator, IEEE J. Quantum Electro

44、n., 34, pp. 366-371, 1998.20. R. Weber, B. Neuenschwander, H.P. Weber, Thermal Effects in Solid-State Materials, accepted for publication inOptical Materials, summer I 998.21 . M. Armstrong, X. Zhu, R.J.D. Miller, J. Montgomery and I. Miller, Novel composite structure Nd:YAG gain mediumfor high powe

45、r scaling of side pumped configuration, in Advanced Solid-State Lasers, Technical Digest (OpticalSociety ofAmerica, Washington, D.C., 1997), 45-47.22. A. Lucianetti, R. Weber, W. Hodel, H. P. Weber, Beam quality improvement of a passively Q-switched Nd:YAG laserwith a core-doped rod, accepted for pu

46、blication in Applied Optics.23. C. Pare and P.-A. Blanger, Custom laser resonators using graded-phase mirrors: circular geometry, IEEE J. QuantumElectron.,30,pp. 1141-1148, 1994.24. J. R. Leger, D. Chen, Z. Wang, Diffractive optical elements for mode shaping ofa Nd:YAG laser, Opt. Left., 19, pp.108-

47、110, 1994.25. R. V. Neste, C. Pard, R. L. Lachance, P.-A. Bdlanger, Graded-phase mirror resonator with a super-Gaussian output in acw-CO2 laser, IEEE J. Quantum Electron., 30, pp. 2663-2669, 1994.26. C. Pare and P.-A Blanger, Custom laser resonators using graded-phase mirrors, IEEE J. Quantum Electr

48、on., 28, pp.355-362, 1992.27. J. R. Leger, D. Chen, K. Dai, High modal discrimination in a Nd:YAG laser resonator with internal phase gratings,Opt. Left., 19, pp. 1976-1978, 1994.28. T. Y. Cherezova, S. S. Chensokov, L. N. Kaptsov, A. V. Kudryashov, Super-Gaussian laser intensity output formationby means of adaptive optics, Optics Communications, 155, pp. 99-106, 1998.专心-专注-专业