板条激光器
热容型板条激光器3种介质的温度和应力分布比较
４ ０
物
理
实 验
第 ３ 卷 Ｏ
假设板 条是各 向同性 的 ， 无任何 外加应力 ， 同时把
。． ㈣
板条看 作是平 面 应 变 问题 ， 即轴 向长 度 远大 于 截 面尺寸 ， 向的应变 可忽 略 ， 轴 同时 忽略板 厚方 向的 应 力 ， 么板 条 的应力 就 变 为 二维 问题 ．板 条 的 那 应 力分 布为口 ］
式中： Ｔ为 温度 ， 为 时 间 ， ｔ 是为介质 热扩 散率 （ 一 忌 Ｋ／ｐ ， 为 介 质 热 导 率 ， ｃ） Ｋ Ｐ为 介 质 密 度 ， ｃ为 比
ｌ Ｘ ａ 互 ｔ
ｐ ｃ
丁ｃ ， ｚ 。，一 —
—
的要求 ， 抽运 光在 垂 直 于 板 条厚 度 方 向上对 介 质
抽 运．在这 种抽 运结 构下 ， 立 图 ２所 示 的坐 标 ， 建 忽 略板条 的 边 缘 效 应 ， 条 温 度 在 ｚ平 面 内 均 板
匀 分布 ， 温度仅 在 方 向变化 ， 热传 导方程 为［ ６ ］
收 稿 日期 ：０ ９ ０ — ６ 修 改 日期 ： ０ ９０ — ９ ２ ０—４１ ； ２ ０ — ６２ 作 者 简 介 ： 洪 斌 （９ Ｏ ）男 ， 沈 １８ 一 ， 山东 武城 人 ， 械 工 程 学 院 光 学 与 电 子 工 程 系 讲 师 ， 士 ， 事 激光 技 术 与 军 用 光 学 仪 军 硕 从 器 的 教 学 和 科研 工 作 ．
１ 引 言
由于热容 激 光器 具 有 高 的平 均 功 率 、 良好 的 光束质 量和特 殊 的工作模 式［ 等优势 ， 问世 便 】 一 成为 了被关注 的焦 点 ， 高 能激 光 和 定 向能 技 术 在 领域 反 响强烈 ．板 条激 光器 的基 本物 理 思想 是 利 用介 质 的几何 对称性 和之 字形 光路补偿 热 致双折
第四章-射频板条CO2激光器
板条腔分析：一般对于短增益长度的连续CO2激光器其 最佳能量耦合输出不超过15%，稳定—非稳谐振腔是 解决上述问题一个有效办法，此种谐振腔在一个方向 上是稳定的，而在另一方向上是非稳的，这种腔是一 种混合腔，同时具有两种腔的特点。
在非稳方向上，光束能展开以充分利用此方向的 激活区，而在稳定方向上，光束被限制在窄的稳 定区域内，激光运行于低阶模。因此，采用这种 腔既能充分利用激活区又能获得好的光束质量（ 特别是稳定方向只能运行基模时）。
1.扩散冷却CO2激光器原理====面积放大概念 玻璃管激光器长度放大：激光器工作时所产生废能热传导扩散到 放电管管壁，然后由水冷套中的冷却水带走。注入电功率，即 T max Pin k g 4 l 1 Q 式中kg为气体的热传导系数，Tmax为最大允许温升，Q为量子效 率，l为放电管的长度。这类激光器的输出功率仅和放电长度有关。
（2）离轴非稳腔：对平板结构的激光器，选取窄方向为 稳定方向，另一垂直方向为非稳方向，光轴位于非稳方 向的一侧，激光从非稳方向的另一侧的耦合孔输出。 作业：射频板条激光器的光腔特点？
该谐振腔由共焦放置的球面镜R1和R2构成 正支非稳腔：凹凸镜：R1-R2=2L
2013-9-17 激光器件原理与设计 19
(b) 输出镜M1上的相位分布
(c) 远场聚焦场
激光器光腔---输出光束
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
DC-Training
Rofin DC
板条激光器光束质量控制技术研究进展
第 ４期
闫钰锋，等：板条激光器光束质量控制技术研究进展
７６９
进行校 正，可 以 提 高 转 换 效 率，从 而 抑 制 热 效 应［２５］。（ｂ）改变泵浦光的抽运方式，从而提高转 换效率，减小“热效应”的影响。经过不断的优化 与创新，目前泵浦光的抽运方式大致可以分为侧 面抽运［２６］、角抽运［２７］、面抽运［２８］和端面抽运［２９］４ 种。与端面抽运方式相比，侧面抽运能够保证较 好的均匀性，有利于功率放大。端面抽运有利于 获得较高的转换效率，且冷却方式较为便捷。角 泵浦则结合了以上两种抽运方式的优点 。 ［３０］ 在 采用主震 荡功 率 放 大 （ＭＯＰＡ）结 构 的 功 率 放 大 器中，通过调整模块间的像传递系统（４Ｆ）也可以 达到像差校正的效果［３１］。
虽然研究人员针对板条激光器从多个方面对 “热效应”产生机理进行分析与抑制。但是，针对 其产生 机 理 和 抑 制 的 研 究 工 作 只 能 减 小 “热 效 应”的影 响，对 光 束 质 量 的 改 善 效 果 有 限。 随 着 激光器输出功率的不断提升，由“热效应”引起的 波前畸变依然是限制高功率、高光束质量激光输 出的主要因素。针对这一问题，有学者提出应采 用额外的校正器件对激光器的残余像差进行校 正。 ２．１．２ 静态相位板校正技术
808nm高功率半导体激光巴条
808nm高功率半导体激光巴条：创新驱动的激光技术应用随着科技的不断发展，激光技术已经渗透到各个领域，为人们的生产和生活带来了前所未有的变革。
在众多激光技术中，808nm高功率半导体激光巴条以其独特的优势和应用前景，正逐渐受到业界的关注和重视。
一、808nm高功率半导体激光巴条简介808nm高功率半导体激光巴条是一种采用808nm波长的半导体激光器制造的激光巴条。
这种激光巴条具有高功率、高亮度、高可靠性等特点，被广泛应用于材料加工、医疗、科研等领域。
与传统的激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的光电转换效率、更长的使用寿命和更低的成本，成为了一种极具竞争力的激光技术。
二、808nm高功率半导体激光巴条的应用领域1．材料加工领域在材料加工领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于金属和非金属材料的切割、焊接、熔覆等加工过程。
与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的加工效率、更低的加工成本和更好的加工质量。
此外，由于其高功率和高亮度的特点，还可以实现大型工件的远程加工，从而降低了工件表面的热影响区和变形量。
这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在材料加工领域具有广泛的应用前景。
2．医疗领域在医疗领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于皮肤科、外科等领域，用于治疗血管瘤、雀斑、痤疮等皮肤疾病。
与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有无痛、无副作用、恢复快等优点。
此外，由于其高精度和高稳定性的特点，还可以实现精确的皮肤重塑和美容整形手术。
这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在医疗领域具有广泛的应用前景。
3．科研领域在科研领域，808nm高功率半导体激光巴条可以用于光谱分析、激光雷达、光学通信等领域。
与传统激光器相比，808nm高功率半导体激光巴条具有更高的精度和稳定性，以及更长的使用寿命和更低的维护成本。
这些优势使得808nm高功率半导体激光巴条在科研领域具有广泛的应用前景。
端面泵浦Nd：YAG板条激光器仿真设计(终稿)
分类号：TN242 U D C：D10621-408-(2015)0896-0 密级：公开编号：2011031005成都信息工程大学学位论文端面泵浦Nd:YAG板条激光器仿真设计论文作者姓名：张博欣申请学位专业：电子科学与技术申请学位类别：工学学士指导教师姓名（职称）：何修军（副教授）论文提交日期：2015年05月26日端面泵浦Nd:YAG板条激光器仿真设计摘要端面泵浦Nd:YAG板条激光器以高增益、高效率、低阈值的优点被广泛研究与应用。
本文简述了固体激光器的研究现状与发展，从激光基本原理出发，了解板条激光器的结构与理论分析。
运用LASCAD软件仿真，对端面泵浦Nd:YAG 板条激光器进行仿真设计。
改变参数条件，对板条长度、入射泵浦功率、束腰的光斑尺寸、参考温度、晶体放置位置等6个方面进行了仿真计算。
比较温度与折射率特性曲线的变化，以及输出功率的差异。
结果得到，板条长度越长激光输出功率越高，左端泵浦比双端泵浦方式输出更高。
而透镜的曲率半径都为负的条件下，选择较低的参考温度、较小的束腰的光斑尺寸的同时，要满足很好的温度与折射率特性，又要保证较高的输出功率。
仿真实验中对Nd:YAG板条激光器在小功率方面的相关参数研究，对高平均功率板条激光器的研究与发展具有一定的参考意义。
关键词：端面泵浦；Nd:YAG；板条激光器；输出功率；LASCADSimulation Design of End-pumped Nd:YAG LaserAbstractThe advantages of high gain, high efficiency and low threshold for end pumped Nd:YAG slab lasers are widely studied and applied. This paper briefly described the research status and development of solid state laser. It also introduced the basic principles of laser, the structure and theoretical analysis of slab laser. In this paper, we used the LASCAD software to design the end-pumped Nd:YAG slab laser. We changed the parameter condition to obtain the simulation design, including these six aspects that the slab length, the incident pump power, the waist spot size, the reference temperature, the radius of curvature and so on. The difference of the temperature and refractive index curves and the output power are compared. The results showed that the output efficiency of left end-pumped is better than double-pumped mode. The longer the length of the slab is, the higher the laser output power is. When the curvature radius of lens were both negative, choose lower temperature of reference, the waist spot size should satisfy a good temperature and the refractive index characteristics, and also to ensure the high output power. In the simulation experiment, Studied on the correlation parameters of Nd:YAG slab laser with the small power, have reference value of the research and development of high average power slab laser.Key words:Nd:YAG; Slab laser; end pumped; pumping power; LASCAD目录论文总页数：26页1 引言 (1)2 激光基本原理 (1)2.1 光与物质的相互作用 (1)2.2 激光产生的条件 (5)2.3 激光器的构成 (5)3 Nd:Y AG板条激光器 (8)3.1 Nd:YAG晶体 (8)3.2 板条激光器 (8)3.2.1 板条激光器的工作原理 (8)3.2.2 板条激光器的理论分析 (9)4 Nd:Y AG板条激光器仿真设计 (10)4.1 Nd:YAG激光器基本参数设定 (10)4.2 板条长度对激光器的影响 (11)4.3 入射泵浦功率对激光器的影响 (14)4.4 束腰的光斑尺寸对激光器的影响 (15)4.5 参考温度对激光器的影响 (17)4.6 晶体放置位置对激光器的影响 (19)4.7 曲率半径对激光器的影响 (21)结论 (23)参考文献 (23)致谢 (25)声明 (26)1 引言固体激光器应用非常广泛，特别是科研、医学、工业、通信等领域。
巴条激光器内部结构
巴条激光器内部结构
巴条激光器是一种主要由巴条晶体组成的激光器。
其内部结构通
常包括以下组件：
1. 激光介质：巴条晶体是巴条激光器的核心组件。
巴条晶体是
一种具有良好光学特性的晶体材料，如Nd:YAG（钕掺杂氧化铝）晶体等。
这些晶体能够吸收外部光能，并将其转化为激光辐射。
2. 激发源：激光器需要提供能量来激发巴条晶体产生激射。
所以，通常在巴条激光器中使用一个或多个激发源，如闪光灯或半导体
激光二极管，来提供能量。
3. 光学共振腔：巴条激光器还包括一个光学共振腔，用于支持
激光放大和产生激射。
光学共振腔通常由两个具有高反射率的光学反
射镜组成。
这些反射镜能够在巴条晶体之间形成一个封闭的光学腔，
使激光辐射在其中进行反复来回的光学放大，最终产生一个稳定的激射。
4. 泵浦机制：巴条激光器的巴条晶体需要通过泵浦机制来提供
能量，使其处于激励态。
常见的泵浦机制包括光泵（使用闪光灯或激
光二极管等光源来直接激发晶体）和电泵（通过电流传递来激发晶体）。
总的来说，巴条激光器的内部结构包括巴条晶体、激发源、光学
共振腔和泵浦机制。
这些组件共同作用，使巴条激光器能够产生高效、稳定的激射。
Zig—Zag板条泵浦的2.12μm激光器
２ １ “ ，ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｔ ｆ ｏ ｔｃ ｌｐ ｒ ｍｅ ｒｃ ｏ ｃｌａ ｏ （ ． ｍ ２ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｏ ｐ ｉａ ａ ａ ｔ ｉ ｓ ｉ ｔ ｒ ＯＰＯ ） ｗｅ ｅ ｄ ｖ ｓ ｄ ｗｈ ｃ ｒ ｌ ｒ ｅ ｉｅ ， ｉ ｈ ｗｅ ｅ
板 条 产 生 １ ０ ｍ 基频 光 ， 而泵浦 ＫＴＰ晶体 通 过 Ｉ 类相 位 匹配 产 生 ２ １ ｍ 激光 的 光参 量 ．６ 进 Ｉ ．２
振 荡实验 。对 外腔及 内腔 进 行 了 实验 研 究 ， 别获 得 了 １ ５ 和 ２ ８ 的 电光 转 换 效 率 。在 分 ．３ ．６ ２ ０ Ｈｚ频率 下 内腔 ２ １ ｍ 输 出能量 达到 ７ ．２ ０ｍＪ以上 ， 宽 ７ ｎ ～ ９ｎ 。其 中 内腔 实验 中能 量 脉 ｓ ｓ
输 出稳 定 度 接 近 ８ 。
关键 词 ： ｉ Ｚ ｇ板 条 ； Ｚｇ ａ — 光参 量振 荡； ＴＰ晶体 Ｋ
中图分类号 ： ２８ ＴＮ ４ 文 献标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ Ｊ ｏ ：０ ５ ６ ／ Ａ０２ １ ３ ． ５ ７ ０ ４ Ｏ ２ ３ ０ ０ ０ ０
２ ，ｔ ｅｅ ｅ ｇ ｆ ｈ ． ２ ｕ ｌｓ ｒｏ ｔ ｕ ｕ ｐ ｓ ｅ ０ｍＪｉ ｔａｃ ｖｔ ０ Ｈｚ ｈ ｎ ｒ ｙｏ ｅ２ １ ｍ ａ ｅ ｕ ｐ ｔｓ ｒ ａ ｓ ｄ ７ ｎｉ ｒ—ａ ｉｙＯＰＯ ｘ ｅ ｉ ｎ ｔ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｇ Ｚａ ｌ ｂ；ｏ ｉａ ｒ ｍｅ ｒｃ ｏ ｃ ｌａ ｏｒ ｙ ｗｏ ｄ Ｚｉ — ｇ ｓ ａ ｐｔｃ ｌｐａ ａ ｔ ｉ ｓ ｉｌ ｔ ；ＫＴＰ ｒ ｓ ａ ｃ ｙ ｔｌ
引 言
２／ 波 段激 光 覆 盖 了水 分 子 和 Ｃ 分 子 的 ｚ ｍ Ｏ
8.18 罗芬板条系列激光器使用须知
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图1 罗芬独立式板条激光器
图2 罗芬紧凑式板条激光器
2.2 罗芬板条系列激光器的使用环境
罗芬板条系列激光器对操作环境的要求如下：（1）环境气温在5℃到40 ℃之间，且环境气温变化要缓慢。相对空气湿度50%，气温40 ℃，相对湿度 90%，气温20 ℃，气温必须高于露点以防止凝露，建议水冷机设定温度为 19℃到27℃之间，存放环境气温应控制在25℃到55℃之间；
2.3 罗芬板条系列激光器使用的电气要求
罗芬板条系列激光器要求电压稳定，必须为400V到480V之间的交流电， 波动范围不超过10%；频率为50Hz或60Hz，波动范围必须在1%以内，不同相之 间的电压不平衡不应超过2%，并要求在IEC60204以及NFPA79的电气规范下运 作。
8/22/2019
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3. 小结
本次课以罗芬（Rofin）板条系列激光焊接设备为例，主 要介绍了罗芬板条激光器的使用要求和开机、关机操作流 程。
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4. 作业思考题
（1）对于罗芬板条系列二氧化碳激光器的存放环境有什么样 的温度要求？ （2）简要说明罗芬板条系列二氧化碳激光器的关机流程是什 么？
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g.激光器的模式及机床外光路调整操作：首先将激光器HV钥匙调整在手动位 置，选择“pulse”（脉冲）方式（按pulse select/F3，输入P10，可根据要 求在“pulse parameter”中修改“burst time”）。将烧光斑的有机玻璃或 木板等参考红色指示光放置好后，启动HV高压，连按两下屏幕左下角的电子 光闸绿色按钮，检查所设置的P10参数是否符合要求。关闭F8position laser，将光闸钥匙开关转到I位置，按下光闸开按钮，黄色灯亮，观察烧光 斑位置及光传输途径是否有人员及遮挡物，确认安全后，连按两下电子光闸 绿色按钮，确认光斑烧出后，关掉光闸，按F8position laser 打出红光，完 成一次烧光斑过程。
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板条激光器与光速质量测量试验
实验目的
1.了解板条固体激光器的结构和工作原理
2.学会调整谐振腔
3.了解光速质量的定义和多种测量方法
1.板条激光器的特点
激光工作物质为板条形状的固体激光器。
普通固体激光器激光工作物质的几何形状为圆棒状，温度梯度的方向与光传播方向垂直，在热负荷条件下运转时，将产生严重的热透镜效应和热光畸变效应，使得光束质量降低，并限制了激光功率的进一步提高。
在板条激光器中，温度梯度发生在板条厚度方向上(板条宽度方向上的两侧面被热绝缘)，而光在厚度方向的两侧面(即泵浦面)上发生内全反射，呈锯齿形光路在两泵浦面之间传播，光传播方向近似与温度梯度方向平行，可基本避免热透镜效应和热光畸变效应，大幅度提高了激光输出功率。
热透镜效应是指LD（半导体激光器）工作时产生的温度会使晶体表面发生热形变，造成了晶体各部分密度不同，而光在经过不同密度的分界线时发生不同程度的折射，因此就形成了像是光线通过普通透镜一样的折射效果。
2.激光器的组成
1) 工作物质
工作物质——激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒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理化性质。
根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。
工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。
2)泵浦系统
泵浦源能够提供能量使工作物质中上下能级间的粒子数翻转，目前主要采用光泵浦。
泵浦光源需要满足两个基本条件：有很高的发光效率和辐射光的光谱特性应与工作物质的吸收光谱相匹配。
3)聚光系统
聚光腔的作用有两个：一个是将泵浦源与工作物质有效的耦合；另一个是决定激光物质上泵浦光密度的分布，从而影响到输出光束的均匀性、发散度和光学畸变。
工作物质和泵浦源都安装在聚光腔内，因此聚光腔的优劣直接影响泵浦的效率及工作性能。
4)光学谐振腔
光学谐振腔由全反射镜和部分反射镜组成，是固体激光器的重要组成部分。
光学谐振腔除了提供光学正反馈维持激光持续振荡以形成受激发射，还对振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光的高单色性和高定向性。
最简单常用的固体激光器的光学谐振腔是由相向放置的两平面镜（或球面镜）构成。
5)冷却与滤光系统
冷却与滤光系统是激光器必不可少的辅助装置。
固体激光器工作时会产生比较严重的热效应，所以通常都要采取冷却措施。
主要是对激光工作物质、泵浦系统和聚光腔进行冷却，以保证激光器的正常使用及器材的保护。
冷却方法有液体冷却、气体冷却和传导冷却，但目前使用最广泛的是液体冷却方法。
要获得高单色性的激光束，滤光系统起了很大的作用。
滤光系统能够将大部分的泵浦光和其他一些干扰光过滤，使得输出的激光单色性非常好。
3.工程上激光器调试的方法
对激光器进行调整，实际就是有针对性地调整其毛细管直度、两个反射镜之间的平行度、毛细管与反射镜的垂直度（以下简称直度、平行度、垂直度），使激光器处于最佳状态，获得满意的性能指标。
以下介绍几种方法：
（1）十字光靶法（自准直法）（2）扫描法（3）跟踪法
4.光速质量测量的方法
公式(1)表明,衍射极限倍数β以理想光束作为参照标准,表征被测激光束的光束质量偏离同一条件下理想光束质量的程度,其值不随光束通过理想光学系统的变换而变化,因而可以从本质上反映光束质量。
(1) 烧蚀法
用被测激光在一定时间内辐照已知烧蚀能的材料,测量材料上产生烧蚀分布,结合烧蚀深度、辐照时间、材料密度和烧蚀能便可计算材料上的激光光强分布。
由被烧蚀掉的材料质量,通过标定还可以得到激光的输出功率。
可见采用这种方法需要一种在辐照条件下已知烧蚀热的材料,而且该材料在烧蚀机理上最好是高度一维的。
例如对于CO2激光和氟化氢、氟化氘化学激光器,可采用有机玻璃作为烧蚀材料。
(2) CCD测量法
在利用红外CCD测量强激光光斑时,通常是把强激光分光取样并进一步衰减后用红外CCD直接接收光束测量,得到低功率光强分布,再由图像处理系统分析处理后得到各种光束特性参数。
另外通过标校后还可以得到绝对光强分布。
这种方法的缺点在于将强激光大幅度衰减后,光强分布的大量高阶分量被滤掉,从而无法得到完整的光强分布和准确的光斑尺寸,测量误差很大,也可以利用红外CCD相机拍摄强激光照射在漫反射屏上的光斑以得到相对的空间光强分布,如果经过标校还可以得到绝对光强分布。
这种测量方法除了存在上述CCD直接接收测量法的缺点外,还存在着因各方向漫反射不均匀带来的测量误差以及标校更困难的问题。
(3)在实际测量光束的衍射极限倍数时,通常采用近场方法。