激光器的热透镜效应讲解
. . 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λ/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，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%
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，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λ是激光波长。方程（1）给出了在激光棒的谐振支持稳定的振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ŋ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
第二章激光器
轴向磁场对放电管内作径向运动的带电粒子的洛 仑兹力，使带电粒子不离散，增加了放电管轴线
附近等离子浓度，因而提高输出功率。
另一方面，轴向磁场也会使激光谱线增宽，降低
增益而使输出功率降低，所以有一个最佳的磁场
值。
由于轴向磁场可以减少正离子向管壁的扩散，从
而减轻了放电毛细管管壁的溅射、腐蚀和气体的 清除作用，有利于提高器件的寿命。
（3） 级联过程
第一步，电子将基态氩原子电离；第二步，电子将
基态Ar+激发到3p45s和3p44d等高电离能态，粒子
从这些高能态通过辐射跃迁回到3p44P 能级。
实验表明，在连续工作的Ar+激光器中，激光上能级
粒子数的23~40%是由级联过程贡献的。
+激光器的结构示意图 Ar
回气管的作用是平衡阳极和阴极之间的气压。 小型器件用石英玻璃管作放电毛细管；大功率长寿 命器件一般用石墨或陶瓷(氧化铝、氧化铍)等做放 电毛细管。
激光的偏振特性
偏振性主要取决于工作物质 各向同性介质在应力及热效应作用下导致应
力双折射，激光输出具有部分偏振特性。
在谐振腔中有偏振元件，激光输出也会具有
偏振性
2.2.4 半导体激光泵浦的固体激光器(DPL)
LD（或LDA）的输出激光作为泵浦源
采用波长与激光工作物质吸收波长相匹配的 激光作激励光源无疑将大大提高激光器效率。 目前LD已成功地泵浦了Nd3+：YAG、Nd3+： YLF、Nd3+：YVO和铷玻璃。 总效率可做到7%~20%
输出稳定性、光谱特性、偏振特性 和方向性
光纤热透镜效应
光纤热透镜效应光纤热透镜效应是指在光纤中由于光强分布的不均匀性导致的热效应。
光纤作为一种重要的信息传输介质，其在通信、医疗、工业等领域有着广泛的应用。
然而，在高功率光束传输过程中，光纤中的损耗和非线性效应往往会限制其传输能力。
光纤热透镜效应就是其中一种重要的非线性效应。
光纤热透镜效应的产生是由于光纤材料的热导率和热膨胀系数与环境温度有关。
当光纤中的光强分布不均匀时，光纤中的局部区域会吸收更多的光能，导致该区域的温度升高。
而由于热导率的存在，温度升高会导致光纤材料的折射率发生变化，从而改变了光束的传输特性。
这种光强分布引起的温度变化和折射率变化相互作用，就形成了光纤热透镜效应。
光纤热透镜效应对光纤通信系统的性能有着重要的影响。
首先，光纤热透镜效应会导致光纤中的模式耦合增加，从而降低了光信号的传输质量。
其次，光纤热透镜效应也会引起光功率的聚焦效应，使光纤中的光束聚焦于某一点，从而导致光纤的损耗增加。
此外，光纤热透镜效应还会导致光纤中的非线性效应增强，如自相位调制和光栅形成等。
为了减小光纤热透镜效应对光纤通信系统的影响，可以采取一些措施。
首先，可以通过优化光纤材料的性能来减小光纤热透镜效应的影响。
例如，可以选择具有较高热导率和较小热膨胀系数的材料制造光纤。
其次，可以通过控制光纤中的光强分布来减小光纤热透镜效应的影响。
例如，可以采用光纤光束展扩技术来均匀分布光束能量。
此外，还可以通过控制光纤的温度来减小光纤热透镜效应的影响。
例如，可以在光纤表面附加散热装置来提高光纤的散热能力。
光纤热透镜效应也可以应用于一些特定的领域。
例如，在激光加工中，可以利用光纤热透镜效应来实现对光束的精确控制。
通过控制光纤中的光强分布，可以实现对光束的聚焦和分散，从而实现对材料的加工和切割。
此外，在激光成像中，光纤热透镜效应也可以用于对光束进行调制，从而实现对图像的捕捉和传输。
光纤热透镜效应是光纤通信系统中重要的非线性效应之一。
它的产生是由于光纤中的光强分布不均匀所导致的热效应。
激光热透镜焦距测量实验及其公式改进
因素 之一 ， 直接 影 响着激 光谐 振腔 的稳定 性 、 腔模 尺寸 、 光束 质量 、 光 效率 等参 量．在 谐振 腔 设计 激 及 激光 模式 计算 时 ， 热透 镜 焦 距 是 一个 重 要 的参 量 ．在 做 激 光 实 验时 ， 光 晶体 吸 收抽 运 光 发热 激 同时 又要对 表 面进 行 冷 却 ， 激 光 晶 体 中 产生 了 使
非均 匀 的 温 度 分 布 ， 致 热应 力 和应 变 的 产 生． 导 温度 的变化 通过 介质 的热 光 系数引 起 研 究
平 平 非稳腔 法是 利用 平平谐 振 腔激光 稳定 性
特点 ， 通过 先 固定 腔 长 ， 增加抽 运 功率 到激光 失 再 稳 ， 对应 的激 光 晶体 到 腔镜 距离 （ 长臂 ） 则 较 即为
中图分类号 ： ２８１ ＴＮ ４ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５４ ４ （０ １ １—０ ２０ １０ —６ ２ ２ １ ） １０ ２—３
１ 引 言
激 光 晶体热 透镜 效应 是影 响激 光性 能 的重要
镜焦距 的影响 ， 常 用 的端 面 抽 运 激 光 晶体 热 透 对
图 １ 平平非稳腔法测量热透镜焦距的装置示意 图
收 稿 日期 ：０ １０ －５ 修 改 日期 ：０ ｌＯ—８ ２ １ －４０ ； ２ １—７２ 基金项 目： 国家 自然 科 学 基金 资 助项 目（ ． ０ ０ １ ３ ； 州 大 学 教 改 项 目 （ ｏ ｜ｇ ３ Ｎ ．ｌ ４Ｂ ； 验 室 开 放 项 目 Ｎｏ １ ９４ ４ ） 温 Ｎ ．ｌ ４ Ｂ， ｏ １ｂ ８ ） 实 ｊ ｊ 资助 （ ． １ Ｋ３ Ａ） Ｎｏ １Ｓ ６ 作 者 简 介 ： 俊 芳 （９ １ ）男 ， 西 抚 州 人 ， 何 １９一 ， 江 温州 大学 物理 与 电 子信 息工 程学 院 电 子信 息工 程 专 业 ２ ０ 本 科 生 ． ０ ９级
RP Resonator 如何处理模拟中的热透镜效应
Resonator 如何处理模拟中的热透镜效应在许多激光或放大器器件中，热透镜效应起着重要的作用，因此在数值模拟中需要考虑热透镜效应。
在这篇文章中，我们首先简要描述热透镜的起源，然后向您展示如何在我们的软件中处理这种效果。
什么是热透镜?光晶体被泵浦时，通常会产生一些热量，这些热量随后需要通过热传导离开。
因此，我们不可避免地在增益介质中得到一些温度梯度。
通过各种物理机制，它们可以对激光产生一些透镜效应:·折射率与温度有关。
·晶体内部的机械应力也会改变折射率(光弹性效应)。
·此外，机械应力会导致端面凸出，使激光晶体具有透镜的形状。
在典型情况下，前面提到的效应往往占主导地位。
下图是典型情况下数值计算的温度分布。
图1:横向泵浦强度分布(红色)和热剖面(蓝色)，模拟了端泵Nd:YAG棒。
仅在晶体中心附近温度分布近似为抛物线形，因此当光束半径与泵浦光半径相等时，激光模式会产生一些像差。
谐振腔设计中的热透镜我们的谐振腔设计软件RP Resonator 基于ABCD矩阵算法计算激光谐振腔的模态特性。
(确切地说，它也使用了一些扩展矩阵(ABCDEF矩阵)来处理错位效应，但这与我们今天的上下文无关。
)在这里，只有具有抛物线形状的透镜效应，即没有球面像差的透镜效应，才能得到治疗。
该软件可以很容易地引入分布式透镜效应。
例如，激光晶体被定义为一个“棱镜”，对于这个棱镜，我们可以指定一个参数n2，它是折射率径向相关的二阶系数:n(r) = n0 − 0.5 n2 r2.。
这个参数就是热透镜的屈光度除以晶体长度。
屈光功率可以从其他地方知道，或者至少在简单情况下可以用一个简单的公式从耗散功率密度计算出来。
一种常见的情况是提供一个至少在激光束体积内均匀泵浦的圆柱杆。
原则上，人们也可以将一个具有一定屈光度的薄透镜插入到激光晶体的左边或右边，或者在将激光晶体分成两部分时插入到中间。
在许多情况下，结果将与分布式透镜相似。
热透镜引起的高斯光束聚焦
热透镜引起的高斯光束聚焦高斯光束是一种光学中常见的激光束模型，具有高度的自聚焦性和空间局域性。
而热透镜是一种可以产生高温的元件，可以利用其产生的热效应来实现对光束的调控和聚焦。
将热透镜引入高斯光束的光路中，可以有效地实现对光束的聚焦和调控。
本文将详细介绍热透镜引起的高斯光束聚焦的原理和应用。
一、高斯光束的基本特性高斯光束是一种光束模型，具有以下基本特性：（1）高度相干性：高斯光束是由一波长相同、相位相同、幅度相同的光子构成的光束，具有高度的相干性。
（2）径向振动：高斯光束是一种径向振动的光束，具有空间上呈高斯分布的亮度分布。
（3）光斑尺寸：高斯光束的光斑尺寸随着传播距离的增加而逐渐扩散。
（4）自聚焦特性：高斯光束在自由传播时具有自聚焦的特性，可以通过其自身的弯曲来实现光束的聚焦。
热透镜是利用光学元件吸收光能并将其转化为热能的元件，其工作原理是通过激光束的吸收来产生高温，从而改变介质的折射率，从而实现对光线的调控和聚焦。
当激光束通过热透镜时，光能将被吸收并转化为热能。
由于热导率有限，热能会逐渐向热透镜的表面扩散，并使热透镜的表面产生温度梯度。
产生的温度梯度会改变热透镜的折射率，从而导致光线在热透镜中的传播速度和光线的折射方向发生改变。
如果光线入射角度为菲涅尔角，可以在热透镜中实现完美的折射，从而实现对光线的聚焦。
此时，热透镜相当于一个透镜，能够将光线聚焦在焦点处，从而实现光束的聚焦效果。
由于高斯光束本身具有自聚焦特性，将热透镜引入高斯光束的光路中，可以进一步提高光束的聚焦效果。
热透镜引起的高斯光束聚焦技术在实际应用中具有广泛的应用前景。
它可以实现对光束的调控和聚焦，具有以下主要应用：（1）光学加工：在微纳加工中，利用热透镜引起的高斯光束聚焦技术可以实现对微小结构的加工和制作，例如对微型芯片和生物芯片等的加工和制造。
（2）光子学应用：在光子学应用中，利用热透镜引起的高斯光束聚焦技术可以实现对光学器件的调制和调控，例如实现光子开关、孔径调制器等。
三向侧面泵浦固体激光器中热透镜的研究
介质 只有 向热 流 ，Ｉ 忽略轴 样 沿介 质半径方 向将 产生温 度梯度 。介质内
度 公 布 满 足 热 传 导 方 程
对 介 质 内 的温 度 梯 度 分 布 进 行 分 析 ，对 热 透 镜 进 行 Ｊ
ｍａｄｅ ａｎ ｔ ｄｉ ｔｒｉ ｔｉ ｄ ｈｅ ｓ ｂｕ ｏｎｓ ｏｆ ｐｕ ｍｐｉ ｇ ｏｕ ｎ ｓ ｒｃｅ ａｎｄ ｔ ｍｐ ‘ ｔｒ ｇ１ ｅ ｅｌ ａｔ ｌ ｅ ‘ ａｄｉ ｅｎｔ ａ ｄｉ ＵＳ ｄ． ｎ ｒｅ ＳＣ ｓｅ Ａ ｕｍｅ ｓｏｌ ｌ ｉ ｌ ｒｉ ｃａｌ ｔｔ ０ｌ ｏ ｔ ｒ ｆ ｈｅ ｍａ１ ｌ ｎｓｉ ｉ ｇｉ ｎ． ｅ ａ１ １ ｎｓｉ ｇ ｍｅ ｕ ‘ ｄ ｉ ｘｐ ｌ ｉ ｎｔ ｗｈｉ ｈ ｓ ｃ ｎｓｉ ｔｅ ｗｉｔ ｔ ｒ Ｕｌ ｅ ｎｇ ｓ ｙｅ Ｔｈ ｒｍ ｅ ｕ ｉ ｓ ａｓ ｌｅ ｉ １ ｅ ｅ ‘ ｍｅ ． ｃ ｉ ｏ ｓ ｎｔ ｈ ｈｅ ｅＳ Ｓ ｔ
性 。 消 除 或 利 用 热 效 ， 研 究 热 透 镜 已 成 为 国 内 外 研 究
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模 式 。 但 通 过 增 办 泉 浦 介 质 的 长 度 和 泉 油 ． 极 管 的 个数 ， ¨ 一 日 以 人 人 提 高激 光 输 出功 率 。 Ｊ ’ ２．２ 介 质 内 温 度 梯 度 分 布 由 十 介 质 对 泵 浦 光 的 吸 收 ， 泉 浦 光 一 部 分 转 换 成 激 光 输 ， 另 一 部 分 变 成 热 ， 通 过 品 体 热 沉 传 导 … 去 。 徵 定
Ｃｈｅ Ｄｅ ｎｇ ｎ ｄｏ Ｙａ Ａｉ ｎ ｎｇ ｆｅ Ｗｅ Ｊｉ ｎｇ ｏ ａ Ｓｈｉ ｕ ｎ ａ ｇｕ Ｗ ｎｇ ｙ Ｃａｉ Ｄ ａｎｇ ｕｏ ｅｆ Ｇ Ｚｈｅ ｎ
激光讲义激光原理与激光器完美版文档
2）选纵模——为了提高激光束的时 间相干性（单色性）；在腔内插入 一定的选择性损耗，增大各纵模间 的增益差别，实现单纵模输出。
短腔法——缩短腔长L，可增大纵模 间隔，实现单纵模振荡输出。因为 Dn=nm-nm-1=c/ 2nL 纵模间隔 与谐振腔长成反比
F-P标准具法——基于多光束干涉原 理，满足标准具透过率极大值的纵 模只有一个。选择标准具的厚度和 反射率（一般角度很小），可实现 单一纵模输出。
a. 小孔光阑选模——孔径大小恰好通过基模而阻止高阶模(大小与 位置）；但小孔也限制了基模体积，功率受限。
b. 聚焦光阑选模——腔内聚焦的焦点处设置小孔光阑，加大了模 体积；但腔内有聚焦不适合大功率大能量激光。
c. 非稳腔选模——模体积大， 有利于大功率大能量输出；对 横模选择本领高；腔内光束均 匀；输出易于调整。有双凸腔； 平凸腔；虚共焦凸凹腔等
玻尔兹曼分布律——在热平衡状态下，低能级上的粒子数N1总 是高于高能级上的粒子数N2
1.1.1.2 受激辐射和自发辐射
1）正常情况下，大多数粒子处于低能级（基态），通过注入 外能（光照.电子碰撞.化学能.热能等）可使基态的粒子激发(泵 浦.抽运）到高能级上去（激发态）
2）处于激发态E2的粒子会自发地向低能级基态E1跃迁放出光 子（自发辐射）hn=E2-E1；也可受光子hn的激发而发射相同的 光子hn（受激辐射）它的频率.相位.传播方向和偏振态完全相 同。
4) 激光的产生
13）三激高个光强器度要的—输—素出激特光：性束及发具其散对角有激很光小亚加，工光稳的强影度态响很高能级结构的激活介质——激光工作物质；
7）对比声光调Q与电光调Q的基本特点
材多料棒表 串面联对等激光的外吸收界率.泵2）浦可用源谱线—多，—可提经倍供频获能得短量波激以光；实现粒子数反转；
激光透镜原理
激光透镜原理激光透镜是一种应用激光技术的光学元件，它具有独特的工作原理和特殊的性能。
在激光技术的应用中，激光透镜起着至关重要的作用。
本文将介绍激光透镜的原理及其在实际应用中的作用。
激光透镜的工作原理基于光的折射和聚焦效应。
光是一种电磁波，当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象。
而透镜是一种可以改变光的传播方向和聚焦光线的光学元件。
激光透镜在这个基础上进行了进一步的优化和设计，以满足激光技术的需求。
激光透镜的设计和制造需要考虑激光光束的特殊性。
激光光束是一束高度聚焦的光线，具有高亮度、高单色性和高直线度等特点。
因此，激光透镜需要具备以下几个方面的特性。
激光透镜需要具备高透过率。
激光光束的功率很高，透镜需要具备高透过率，尽量减少能量的损失。
其次，激光透镜需要具备高抗损伤能力。
激光光束具有较高的功率密度，透镜需要能够承受激光的热量和压力，防止透镜烧毁或变形。
最后，激光透镜需要具备高聚焦能力。
激光光束的聚焦效应是激光技术应用的关键之一，透镜需要能够将光线聚焦到所需的位置。
激光透镜的制造过程需要采用精密的加工技术和材料。
常见的激光透镜材料有石英、玻璃、硅等。
其中，石英具有较好的耐高温性能和光学性能，是制造激光透镜的首选材料之一。
制造激光透镜需要进行精密的加工和抛光，以达到高透过率和高抗损伤能力的要求。
激光透镜在实际应用中具有广泛的用途。
首先，激光透镜可以用于激光打标和激光切割。
通过调整透镜的焦距和位置，可以实现对激光光束的聚焦和定位，从而实现对材料的切割和加工。
其次，激光透镜可以用于激光测距和激光雷达。
通过利用透镜的聚焦效应，可以实现对目标的精确测量和距离计算。
此外，激光透镜还可以用于光学通信、激光医疗等领域。
激光透镜是一种应用激光技术的重要光学元件，具有独特的工作原理和特殊的性能。
它通过折射和聚焦效应来实现对激光光束的控制和定位。
激光透镜的设计和制造需要考虑激光光束的特殊性，具备高透过率、高抗损伤能力和高聚焦能力。
固体激光工作物质的热效应
光电子技术精品课程
4.1.1热平衡下棒内温度分布 4.1.1 热平衡下棒内温度分布
在热平衡状态下， 忽略冷却介质沿轴向的微小温度变化 认为热流主要沿棒的径向传导 热传导方程：
d T 1 dT Q 0 2 dr r dr K
T温度， 温度 Q单位体积内发热功率， 单位体积内发热功率 r棒 横截面内任一半径大小，K热导率。
热致双折射之退偏效应
退偏系统示意图 左图表示了光束的相关分量在经过系统前后的 变化，θ表示起偏器偏振方向和y* 轴的夹角（ 起偏器与主双折射轴的夹角）。当光束经过起 偏器入射到激活介质时 各分量分别为 偏器入射到激活介质时，各分量分别为：
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热致双折射之退偏效应
得到光束的透射强度：
当光束离开激活介质时，各分量为：
当光束离开检偏器后，各分量为：
热致双折射之退偏效应
左图说明 左图说明： 棒内光程差的大小分布和棒的长度无关 ，这不同于棒内温度场分布； 影响光程差最大的因素是注入功率，注 影响光程差最大的因素是注入功率 注 入功率越大，光程差越大，同等半径变 化内光程变化越大； 在棒的中心区域，光程差变化较缓，随 在棒的中心区域 光程差变化较缓 随 着向外延伸，光程差变化趋势越来越大 ，这体现出激活介质中心区域热致双折 射较小。
Nd:YAG晶体的取向
在热应力 在 力Nd:YAG晶体中，与棒 中 棒 轴垂直的平面内光率体的取向
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[111]方向 [111] 方向Nd Nd： ：YAG YAG的热致双折射 的热致双折射
X
nφ
φ
θ
nr
Y
1 3 αQ 2 2 nr n0 n0 (q2 r0 Cr r ) 2 K 1 3 αQ nφ n0 n0 (q2 r02 Cφ r 2 ) 2 K
bbo晶体的热透镜效应
bbo晶体的热透镜效应一、引言BBO晶体是一种非线性光学晶体，在非线性光学领域有着广泛的应用。
其中，热透镜效应是BBO晶体的一种重要特性，对于实现高功率激光系统及其它相关领域具有重要意义。
二、BBO晶体的基本特性1. BBO晶体的结构和物理特性BBO晶体是一种双折射晶体，属于非中心对称晶系。
其化学式为β-BaB2O4，具有高透明度、高耐热性和优良的非线性光学特性。
2. BBO晶体的非线性光学特性BBO晶体具有优异的非线性光学特性，包括二次谐波产生、差频产生、和频产生等。
其中，二次谐波产生是最常见的应用方式。
三、热透镜效应的基本原理1. 热透镜效应的定义热透镜效应指在高功率激光束作用下，由于吸收能量而导致介质温度升高，从而改变了介质折射率分布，使得激光束在介质内传输时发生自聚焦或自散焦的现象。
2. 热透镜效应的基本原理热透镜效应的基本原理是介质中吸收激光束能量导致温度升高，从而改变了介质的折射率分布。
当激光束通过介质时，由于折射率分布的不均匀性，会产生自聚焦或自散焦现象。
四、BBO晶体的热透镜效应1. BBO晶体的热透镜效应机理BBO晶体在高功率激光束作用下，会吸收一部分能量导致温度升高。
由于BBO晶体具有双折射特性，在温度变化时其折射率也会发生变化。
这种折射率变化会导致激光束在BBO晶体内部发生自聚焦或自散焦现象。
2. BBO晶体热透镜效应的影响因素BBO晶体热透镜效应受到多种因素影响，包括激光功率、激光波长、BBO晶体厚度、入射角度等。
其中，激光功率是影响热透镜效应最主要的因素。
3. BBO晶体热透镜效应的应用BBO晶体的热透镜效应在高功率激光系统中具有广泛的应用。
例如，在激光聚焦、高功率激光器保护、激光加工等领域中都有重要作用。
五、结论总之，BBO晶体的热透镜效应是一种重要特性，对于实现高功率激光系统及其它相关领域具有重要意义。
未来，随着技术的不断发展，BBO晶体热透镜效应在更多领域中将得到广泛应用。