Cr,Tm,Ho:YAG激光系统出光效率仿真实验研究

发布时间：2017-10-09 18:16

  本文关键词：Cr,Tm,Ho:YAG激光系统出光效率仿真实验研究

  更多相关文章： 激光器 Cr Tm Ho:YAG激光器 耦合效率 束腰直径 束腰位置

【摘要】：Cr,Tm,Ho:YAG激光器输出的2.1μm激光的波长与水分子的一个吸收峰值非常接近,由于其输出的能量能够被人体组织中水分所大量吸收的性质,因而在医学临床领域有着极其广泛的应用。本课题主要针对激光器耦合模块的效率问题展开研究。激光器的耦合效率是影响激光器输出功率以及整机系统工作稳定性的重要因素。本文首先在通过对Cr,Tm,Ho：YAG激光器系统进行系统理论阐述以及实践调试的基础上,针对激光器的耦合系统展开了仿真模拟以及实验研究。在论文开始的部分,首先针对工作物质的特性以及工作原理做了详细的理论介绍；讨论了不同聚光腔与泵浦源以及激光工作物质之间的光学性质,基于此选取了合适的泵浦源与聚光腔,并且根据系统整体的性能需求,对冷却系统,电源系统,激光器进行了详细的阐述。激光器输出端采用单透镜耦合的方式,激光光束在通过耦合系统以后到达光纤端面,进入光纤。对于耦合系统而言,入射光束的束腰半径,发散角,光纤的内外径,以及数值孔径都对在其耦合效率有着极其重要的影响。Cr,Tm,Ho:YAG激光器在高频率,大功率输出情况下热透镜效应明显,因此我们对高频工作状况下的晶体热分布做了模拟,通过计算求得了晶体的等效热透镜焦距。激光器输出光束为多模光束,通过计算不同光束质量和散角的光束的束腰直径和束腰位置,并对系统透镜的焦距进行优化计算,实验证明,优化后的光纤耦合系统的耦合效率相对原耦合系统有明显提高,耦合后的光纤末端输出能量明显提高,在使用更小的36μm孔径的光纤时,可以获得更高能量的输出。
【关键词】：激光器 Cr Tm Ho:YAG激光器 耦合效率 束腰直径 束腰位置
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 引言15
• 1.2 课题研究的背景及意义15-18
• 1.2.1 国内外发展状况15-16
• 1.2.2 激光生物医学的基础16
• 1.2.3 CTH：YAG激光器在相比其他激光器的优势16-17
• 1.2.4 CTH：YAG激光器在其他领域的应用17-18
• 1.3 课题研究的主要内容18-20
• 第二章 Cr,Tm,Ho：YAG工作物质及其理论基础20-28
• 2.1 CTH：YAG晶体的基本性质20-23
• 2.1.1 工作晶体的选择20-21
• 2.1.2 CTH：YAG晶体的物理特性21-22
• 2.1.3 CTH：YAG晶体的光谱特性22-23
• 2.2 CTH：YAG激光器的基础理论模型23-27
• 2.2.1 能级结构23-24
• 2.2.2 速率方程24-26
• 2.2.3 阈值条件26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 Cr,Tm,Ho：YAG激光器系统设计28-39
• 3.1 激光器国内发展状况28
• 3.2 激光器设计28-34
• 3.2.1 泵浦源28-30
• 3.2.2 聚光腔30-31
• 3.2.3 谐振腔31-34
• 3.3 电源系统34-36
• 3.4 冷却系统36-37
• 3.5 激光器系统37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 激光器系统结构39-47
• 4.1 单双路激光器的设计结构39-40
• 4.2 伺服电机的控制原理40
• 4.3 光纤理论40-43
• 4.4 光学系统的准直调试43-46
• 4.4.1 指示光源调试43-44
• 4.4.2 谐振腔调节44
• 4.4.3 水冷温控系统44-45
• 4.4.4 输出功率调试45
• 4.4.5 耦合调试45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 Cr,Tm,Ho：YAG的仿真模拟实验47-62
• 5.1 热分布47
• 5.2 单脉冲的热分布47-53
• 5.3 光纤损耗分析实验53-55
• 5.4 光束束腰分析55-59
• 5.4.1 光纤耦合条件55-56
• 5.4.2 光纤耦合系统光束变换56-57
• 5.4.3 耦合系统的设计及优化57-59
• 5.5 实验验证59-61
• 5.5.1 实验设置59-60
• 5.5.2 结果分析60-61
• 5.6 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 论文的主要工作62
• 6.2 所遇问题及展望62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况68

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本文编号：1001669