Yb∶YAG板条激光器谐振腔设计与光束质量测量
激光光束质量评价方法与光束特性参数测量系统的开题报告
激光光束质量评价方法与光束特性参数测量系统的开题报告导言：激光技术已经广泛地应用于工业制造、医疗保健、通讯、军事防卫等领域。
与传统光源相比，激光光源具有单色、相干性好、聚焦度高、光思速度快等优点。
激光的传输过程中，光束质量是影响激光传输质量的重要因素，其能否达到要求直接影响到激光在实际应用中的效果。
本次开题报告旨在介绍激光光束质量评价方法及其测量系统的设计方案，以期提高激光光束传输效率与质量。
一、研究背景随着激光技术在日常生活以及工业制造等领域中的应用范围的不断扩大，对激光光束质量的要求也越来越高。
激光光束质量可以表征光束的聚焦度、稳定性、相干性、功率分布等多项关键参数，其能否达到要求对于激光应用效果十分重要。
目前，激光光束质量评价方法主要有薄板探针法、相干法、扫描法等。
其中，薄板探针法是比较传统的方法，通过调节薄板位置来测量光斑的大小及位置，再通过FFT算法计算光束的M²值。
相干法则是通过干涉仪的原理，将光束分为两路，通过相干波面比幅值来评价光束质量。
而扫描法则是通过精密的扫描器扫描激光光束，利用采集系统采集扫描后的光强分布数据，计算出光束的各项参数。
二、研究内容本次研究的主要内容包括：1、研究激光光束质量评价的薄板探针法、相干法、扫描法的原理与优缺点。
2、设计一种基于扫描法的激光光束特性测量系统，包括扫描器、采集器、计算机等组成部分。
3、通过实验检验激光光束特性测量系统的精度与灵敏度，并对激光光束的聚焦度、稳定性、相干性、功率分布等参数进行评价。
三、研究意义通过本次研究，可以为提高激光传输质量，进一步推广和发展激光技术提供有力的科学支撑。
首先，本次研究将介绍激光光束质量评价方法的优缺点，能够为各种应用场景提供选择合适的评价方法。
其次，通过设计基于扫描法的激光光束特性测量系统，能够为激光应用领域的遥感、医疗、制造等提供更准确的光束特性参数，并优化激光系统的设计方案。
最后，通过对激光光束特性测量系统的实验检验，建立完整的激光光束质量评价方法，能够提高激光技术的应用质量与效率，为相关领域的应用提供新的思路和方法，推进激光技术的发展。
高能钕玻璃双板条激光器光束质量的改善和测量的开题报告
高能钕玻璃双板条激光器光束质量的改善和测量的开题报
告
1. 研究背景
随着激光技术的不断发展，越来越多的应用领域需要高质量、稳定的激光光源。
钕玻璃激光器由于其高效、可靠、易于制造，已成为商用激光器的主要选择之一。
然而，钕玻璃激光器的光束质量与应用有直接关系，束质量差的激光器在应用中容易造成功率损失、加工精度降低等问题，在某些关键应用领域甚至无法满足需求，因此如何改善并测量钕玻璃激光器的光束质量成为当前需要解决的重要问题。
2. 研究内容和方法
本文主要针对高能钕玻璃双板条激光器的光束质量进行改善和测量。
首先，通过分析钕玻璃激光器的工作机理和束形成机理，探究对其光束质量的影响因素。
然后，采用适当的方法进行优化设计，改善钕玻璃激光器的光束质量。
最后，采用合适的方法进行光束成像和测量，验证改善后的光束质量的有效性和稳定性。
3. 研究意义和创新点
本文的研究成果可以为高能钕玻璃双板条激光器的改进和实际应用提供可靠依据和技术支持。
此外，对于其他类型的激光器的光束质量改善和测量问题也具有借鉴和启示作用。
本文的创新点在于针对高能钕玻璃双板条激光器的光束质量进行了深入的研究，探索了一种有效的光束质量优化方法，并采用了合适的光束成像和测量技术进行了验证。
4. 预期成果和进展
预计本文通过优化设计，可以显著提高高能钕玻璃双板条激光器的光束质量；通过合适的成像和测量技术，可以有效、精确地测量其光束质量。
本研究的进展将为相关领域的激光应用和研究提供有益的参考和借鉴。
YAG激光器技术原理及应用
YAG激光器技术原理及应用YAG 激光器是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体激光器。
钇铝石榴石的化学式是Y3 Al5 O15 ,简称为YAG。
在YAG基质中掺入激活离子Nd3+ (约1%)就成为Nd:YAG。
实际制备时是将一定比例的Al2 O3 、Y2 O3 和NdO3 在单晶炉中熔化结晶而成。
Nd:YAG属于立方晶系, 是各向同性晶体。
由于Nd:YAG属四能级系统, 量子效率高, 受激辐射面积大, 所以它的阈值比红宝石和钕玻璃低得多。
又由于Nd:YAG晶体具有优良的热学性能, 因此非常适合制成连续和重频器件。
它是目前在室温下能够连续工作的唯一固体工作物质，在中小功率脉冲器件中, 目前应用Nd:YAG的量远远超过其他工作物质。
和其他固体激光器一样, YAG 激光器基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。
不过由于晶体中所掺杂的激活离子种类不同, 泵浦源及泵浦方式不同, 所采用的谐振腔的结构不同,以及采用的其他功能性结构器件不同,YAG激光器又可分为多种, 例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲激光器等; 按工作波长分为1.06μmYAG 激光器、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG 激光器(λ=1.54μm)和可调谐YAG 激光器(如色心激光器)等; 按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器; 以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG 激光器;根据输出功率(能量)不同, 可分为高功率和中小功率YAG激光器等。
形形色色的YAG 激光器, 成为固体激光器中最重要的一个分支。
[相关技术]激光材料;泵浦技术;固体激光器技术；电子技术[技术难点]尽管以YAG晶体为基质的YAG 激光器从问世迄今已经20多年, 技术和工艺都比较成熟并得到广泛应用, 但随着相关技术的进步, YAG激光器的研究工作仍旧方兴未艾, 依然是目前激光器研究的热点。
为了提高YAG 激光器的效率、输出功率和光束质量, 扩展其频谱范围, 人们在激光材料、结构和泵浦源及泵浦方式等技术和工艺方面继续开展研究和改进工作, 要解决的关键技术主要有:1、寻求新的激光材料。
NdYAG固体激光器谐振腔
课程设计报告课程名称：课程设计设计题目：Nd:YAG固体激光器谐振腔院系：物理系班级：09光信息科学与技术2班姓名：黄国辉学号：200930461371指导老师：李润华老师完成时间：2012-05-05设计要求工作物质物理固体工作物质基础性质分析详述Nd3+:YAG晶体理论依据泵浦源设计方案课程设计模块聚光腔基础理论方案设计谐振腔基础理论方案设计方案评估电光调Q冷却系统总体设计总结附录11设计要求对于给定一个长15cm, 直径6mm的Nd:YAG棒(折射率 n=1.82)和长3cm, 通光口径为8mm 的KD*P电光调Q晶体(n=1.51),设计一个完整的紧凑型谐振腔, 要求画出结构图, 给出谐振腔镜R1和R2的尺寸和总的腔长L,计算出光腰的位置,光斑尺寸大小和发散角,以及两个腔镜上的光斑尺寸. (忽略热透镜效应)要求：●腔长尽量短●要给各元件留一定的安放空间●考察谐振腔的稳定性●考察谐振腔的抗扰动的能力●考察腔模的光学特征（比如发散角、束腰的半径等参数，并最佳化）●最好能用图表来说明问题。
评分就是根据这些参数来看设计的优劣。
●注意波长为1.064微米.2工作物质物理性质分析2.1固体工作物质基础●综述固体激光工作物质由激活离子和基质组成，激活离子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性。
基质主要决定了工作物质的物理特性，化学特性。
●激活离子激活离子是发光中心，离子的电子阻态中，未被填满壳层的电子处于不同轨道和自旋运动状态，形成一系列能级。
目前可用作激活离子的元素共有19种，可分为四类：（1）过渡族金属离子如Cr3+,Ni3+,Co3+（2）三价稀土金属离子如Nd3+,Pr3+,Sm3+（3）二阶稀土金属离子如Sn2+,Dy2+,Tm3+（4）锕系离子多为人工放射元素，不易制备●基质材料工作物质的基质材料应能为激活离子提供合适的配位场，并具有优良的机械热性能及高光学质量，常用的基质材料分为晶体和玻璃两大类2.2详述Nd3+:YAG晶体●表1：YAG的基本理化特性激光特性图1：Nd3+:YAG 的能级结构室温下Nd 3+:YAG 有三条荧光谱线，中心波长和对应的能级跃迁分支比为：~0.94um (4F3/2 4I 9/2)25%~1.06um (4F 3/2 4I 11/2)60%~1.35um (4F 3/2 4I 13/2)14%其中最强的是1.06um 的荧光谱线。
激光光束质量分析与参数测量实验
激光光束质量分析与参数测量实验
罗敏慧;余学才;黄宇红
【期刊名称】《实验科学与技术》
【年(卷),期】2007(5)3
【摘要】应用CCD阵列配合图像处理软件实时获取了波长为632.8 nm的He-Ne激光光斑,通过数值方法确定了该He-Ne激光的光腰半径及远场发散角,测量结果与理论数据相符.实验加深了学生对高斯光束基础理论的理解,并提高了学生的实验室动手能力.
【总页数】3页(P24-26)
【作者】罗敏慧;余学才;黄宇红
【作者单位】电子科技大学光电信息学院,成都,610054;电子科技大学光电信息学院,成都,610054;电子科技大学光电信息学院,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN241
【相关文献】
1.基于CMOS图像传感器的激光光束参数测量仪软硬件设计 [J], 周晓亮;曹丹华;吴裕斌
2.激光光束质量参数测量的实验研究 [J], 赵长明
3.MATLAB用于激光光束质量分析 [J], 李伦;巩马理;刘兴占;李振宇;王宇兴
4.激光光束质量参数测量中的奇异值分解 [J], 段锦;姜会林;杨文波;王晓曼
5.激光光束的傅里叶分析实验模拟:基于SeeLight和MATLAB平台 [J], 刘隽宇
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谐振腔长对薄板不锈钢焊接工艺的影响
谐振腔长对薄板不锈钢焊接工艺的影响吴晓红【摘要】通过研究YAG激光器谐振腔腔长与光束质量的关系,优化设计谐振腔腔长,得到了良好的激光光束质量.当激光器腔长L=766mm时,激光的光束质量最好,高斯分布均匀,对薄板不锈钢进行穿透焊接工艺试验,此腔长的焊接效果最好.【期刊名称】《安顺学院学报》【年(卷),期】2013(015)006【总页数】4页(P132-135)【关键词】谐振腔腔长;光束质量;不锈钢;激光焊接【作者】吴晓红【作者单位】武汉职业技术学院电子信息工程学院,武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TG456一、引言光线在两镜间来回不断反射的腔叫做光学谐振腔。
腔是由平面镜、凹面镜、凸面镜的任何两块镜的组合,构成各种类型光学谐振腔[1]。
谐振腔的腔长即为全反镜与输出镜之间的轴心距离。
通过改变腔体长度参数的方法,可以达到调节控制输出光束特性的目的，例如a、通过腔的适当设计和采用特殊的选模措施,可以有效地控制腔内实际振荡的模式数目,提高光子简并度，获得单色性好,方向性好的相干光;b、调节腔的几何参数,可以直接控制光束的横向分布特性、光斑大小、揩振频率和光束发散角等;c、控制光束的输出功率。
谐振腔按照经典的分类方法可以分成稳定腔、非稳腔和临界腔。
稳定腔即为高斯腔，腔内特征光束是高斯光束，高斯光束能量始终集中在腔轴附近,从几何角度看,腔内任何傍轴光线往返传播时不横向逸出,腔的几何损耗为零。
非稳腔,特征光束光学谐振腔理论的重点是高斯光束(一种光强按高斯函数分布的光束)[2]。
由波动光学理论及高斯光束电矢量表达式，可以得出光束腰束、光斑尺寸、发散角的表达式[3]。
为了定性研究问题同时便于简化计算，假设谐振腔为共焦腔,即两凹面镜的曲率半径相等且等于腔长,两凹面镜焦点在腔内相重叠( r1=r2=r= )。
根据表达式可以得出共焦腔条件下腰束、光斑尺寸、发散角的表达式，表达式如下：腰粗光斑尺寸远场发散角根据上述表达式，发现腔长l对高斯光束特性影响很大。
激光谐振腔设计-lesson2
激光谐振腔设计－lesson2高明伟北京理工大学光电学院提纲•激光器设计中的若干问题：–谐振腔稳定性问题–热问题–激光晶体的选择与泵浦源的选择–模式匹配激光器设计中的若干问题•各个问题之间关联:•热问题是影响谐振腔稳定性的重要因素•热问题会影响到泵浦模式与振荡模式的模式匹配－激光增益饱和现象•不同激光晶体由于本身的材料特性和光学特性不同引起的热问题大小程度不同•可以看出热问题是激光设计中核心问题之一stable unstable 0-1-2-1-2谐振腔的稳定性及腔内光束参数¾束腰位置的高斯平面波衍射成为和它形式完全一样的光束－行波场¾由于波前为平面，所以衍射孔径为无穷大¾高斯光束边缘影响很小，当光束自在现模为高斯光束后，由于腔镜衍射引起的损耗很小，所以出射的光场分布，同自由空间平面高斯光束衍射光束场分布一致¾远场发散角只受高斯光束限制，无孔径限制，因此远场发散角小于小孔衍射角谐振腔的稳定性及腔内光束参数•利用q参数公式同样可以计算谐振腔内任意位置的光束参数。
•具体计算过程如下：1、利用激光光束束腰位置波前曲面半径未无穷大的条件，计算束腰的位置和基模高斯光束束腰宽度；2、利用q参数自由空间传输公式计算谐振腔中任意位置的光束宽度以及波前曲面半径；3、计算远场发散角等其它参数谐振腔的稳定性及腔内光束参数1、利用激光光束束腰位置波前曲面半径未无穷大的条件，计算束腰的位置和基模高斯光束束腰宽度；——首先估计束腰的位置，如果不能估计位置，通过计算也可以发现某个区间是否存在束腰谐振腔的稳定性及腔内光束参数2/利用q参数自由空间传输公式计算谐振腔中任意位置的光束宽度以及波前曲面半径；()z=q+qz激光器中的热问题•热产生的原因：–激光跃迁的荧光过程的量子效率小于1，除了产生激光能量外，其余的能量由于荧光猝灭产生热。
–晶体本身未泵浦吸收带的存在，当泵浦光光谱较宽时，晶体吸收发热，这种热效应主要存在于灯泵浦激光器中激光器中的热问题•激光器的热带来的问题：•晶体吸收泵浦光发热，晶体表面需要冷却，两者作用导致晶体内温度分布和应力不均匀——折射率分布的不均匀•激光材料中的热效应主要包括：–热透镜效应–热致双折射效应–端面热畸变效应激光器中的热问题•激光材料中的热效应引起的后果•应力裂缝－当温度梯度大于晶体的抗张强度•热致荧光猝灭•晶体端面热畸变－输出激光横模光束质量变差•增益饱和效应－热透镜引起的模式匹配变差输出功率变低激光器中的热问题•晶体中热效应的计算－有限元分析的方法[]),,()()(z y x Q T T div =∇−κκ 热传导系数T 开氏温度Q 热负载分布激光器中的热问题•如何通过有限元计算晶体中的热分布和应力分布？激光器中的热问题•需要用户定义的参数–热源和冷却模型－初始边界条件确定–Mesh 或Grid 网格大小－影响计算速度–收敛阈值条件－计算速度–叠代次数－计算速度有限元分析过去需要自己编程计算，现在有了许多工具软件可以提供辅助：LS-DYNA,ABAQUS,ANASYS, COSMOS,激光器中的热问题•有限元分析是一个复杂的数学问题，涉及诸多数学理论，而我们激光器中所应用的仅是热学这种简单的模型，如果大家感兴趣可以进一步深入研究•我们利用有限元分析计算的目的是获得不同泵浦条件下的热透镜的大小以及热应力的大小•如果不考虑泵浦条件或者根据以往的设计经验我们可以直接利用薄透镜替代热透镜插入腔内通过连续改变薄透镜的焦距来计算稳定性和腔内模式。