基于数字全息的热透镜效应测量
发布时间：2021-04-12 15:08
提出一种数字全息定量测量半导体激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应的方法。CCD采集Nd∶YAG晶体在不同泵浦电流下的数字全息图,通过数值重建得到热透镜效应引起的相位分布及其变化过程。再由相位分布计算得到对应的热透镜焦距。实验结果表明,利用数字全息技术可以准确和有效测量热透镜效应及热透镜焦距。
【文章来源】：光学技术. 2020,46(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
所提方法实验装置示意图
激光晶体的热透镜效应严重影响了激光器的各项性能。而热透镜效应的大小又与不同泵浦模块、不同的泵浦条件以及不同的水冷温度等因素密切相关。本文首先探究水冷却温度对热透镜效应测量的影响,确定合适的冷却温度。在17A、18A、19A电流下,分别采集了11℃∶25℃一系列不同水冷却温度下的全息图,通过数值重建,得到了不同泵浦电流下,热透镜屈光度值与水冷温度之间的曲线分布,如图2(a)所示。从图2(a)中可发现,不同泵浦电流下得到的冷却温度-屈光度关系曲线趋势变化基本一致。不同泵浦电流下,实验所用冷却仪的最低有效冷却温度基本为13℃,当冷却温度大于13℃时,随着冷却温度的升高,热屈光度值呈线性增加。当冷却温度超过21℃后,由于总的泵浦能量不变,随着冷却温度的升高,水冷却的效果逐渐减弱,冷取水所带走的热量也越少,与晶体吸收的热量达到动态平衡,因此,棒内的热梯度几乎没有改变,热屈光度值变化也就不明显。考虑到实际水冷温度与温度设定存在偏差,水冷温度在23℃条件下Nd∶YAG晶体表面温度分布较为均匀,且温度偏差在±1℃内晶体内温度分布相对稳定。因此,为了获取更精确的热透镜效应参数,本文将在水冷温度为23℃条件下进行热透镜效应的测量。在18A电流、冷却温度为23℃下,产生的热透镜效应相位分布如图2(b)所示。3.2 热透镜效应定量测量
将冷却温度设定为23℃,利用CCD记录0A至20A电流下的一系列全息图。基于数字全息技术,对全息图进行数值重建,得到不同电流下产生的热透镜效应包裹相位分布。图3分别为泵浦电流为0A、5A、10A、15A、17A以及20A产生的热透镜效应包裹相位分布图(单位:rad)。由于棒的横截面积较小,有效测量区域为图中圆形区域。在没有泵浦电流时,由于晶体棒内没有热梯度,圆形区域内较为平坦。之后随着泵浦电流的逐渐增加,包裹相位条纹的密度增大,这主要是随着泵浦电流的增加,Nd∶YAG晶体吸收了越来越多的能量转化为热并不断在晶体棒内沉积的原因。通过解包裹算法[16],可以得到连续的相位分布。不同泵浦电流下产生的热透镜效应相位分布及其演化过程如补充视频材料(Video1)所示。可以发现当泵浦电流小于5A时,相位差的变化不明显,这主要是由于激光二极管存在最小激励电流阈值,再加上冷却水的冷却作用,使得晶体的热透镜效应不明显。当泵浦电流超过这个阈值后,激光二极管的输出功率随电流呈线性增加,热效应引起的相位差也逐渐增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tm:YAG激光器晶体温度场三维数值模拟[J]. 姚育成,刘丹琳,黄楚云,徐国旺. 应用激光. 2017(03)
[2]一种改良的非稳腔热透镜焦距测量方法[J]. 刘佳佳,丁双红,丁泽,贾海旭. 光电技术应用. 2015(03)
[3]激光二极管端面抽运固体激光器的热效应和热透镜焦距测量[J]. 潘孙强,刘崇,赵智刚,董延涛,相方莉,葛剑虹,项震,陈军. 中国激光. 2010(10)
[4]LDA侧面抽运棒状激光器热透镜效应的有限单元法分析[J]. 刘全喜,钟鸣. 光子学报. 2010(05)
[5]干涉条纹法测量LD端面泵浦Nd∶YAG热透镜焦距[J]. 杨永明,过振,王石语,蔡德芳,文建国,王利波. 光子学报. 2005(02)
[6]LD端面泵浦的高重频Nd:YAG激光器的热效应研究[J]. 黄峰,汪岳峰,牛燕雄. 红外与激光工程. 2004(04)
[7]测量Nd:YAG激光器热透镜焦距的新方法[J]. 李强,王志敏,王智勇,房明星,左铁钏. 光电子·激光. 2004(03)
博士论文
[1]高功率固体激光振荡器与放大器光束质量控制技术研究[D]. 潘孙强.浙江大学 2013
[2]数字全息在实时动态测量和信息隐藏中的应用研究[D]. 朱竹青.南京师范大学 2013
[3]数字全息技术及其在测量中的应用研究[D]. 王广俊.北京工业大学 2011
[4]半导体侧面泵浦Nd：YAP蓝光激光器研究[D]. 凌铭.长春理工大学 2009
硕士论文
[1]LD泵浦高功率窄脉Nd：YAG激光器热效应研究[D]. 王兴.哈尔滨工业大学 2018
[2]固体激光器中热透镜效应的计算和测量[D]. 李萍.西安工业大学 2018
[3]数字全息显微术中的位相解包裹算法研究[D]. 张志会.河北工程大学 2012
[4]Nd：YAG固体激光器的热效应研究[D]. 关丽.南京邮电大学 2012
本文编号：3133510
【文章来源】：光学技术. 2020,46(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
所提方法实验装置示意图
激光晶体的热透镜效应严重影响了激光器的各项性能。而热透镜效应的大小又与不同泵浦模块、不同的泵浦条件以及不同的水冷温度等因素密切相关。本文首先探究水冷却温度对热透镜效应测量的影响,确定合适的冷却温度。在17A、18A、19A电流下,分别采集了11℃∶25℃一系列不同水冷却温度下的全息图,通过数值重建,得到了不同泵浦电流下,热透镜屈光度值与水冷温度之间的曲线分布,如图2(a)所示。从图2(a)中可发现,不同泵浦电流下得到的冷却温度-屈光度关系曲线趋势变化基本一致。不同泵浦电流下,实验所用冷却仪的最低有效冷却温度基本为13℃,当冷却温度大于13℃时,随着冷却温度的升高,热屈光度值呈线性增加。当冷却温度超过21℃后,由于总的泵浦能量不变,随着冷却温度的升高,水冷却的效果逐渐减弱,冷取水所带走的热量也越少,与晶体吸收的热量达到动态平衡,因此,棒内的热梯度几乎没有改变,热屈光度值变化也就不明显。考虑到实际水冷温度与温度设定存在偏差,水冷温度在23℃条件下Nd∶YAG晶体表面温度分布较为均匀,且温度偏差在±1℃内晶体内温度分布相对稳定。因此,为了获取更精确的热透镜效应参数,本文将在水冷温度为23℃条件下进行热透镜效应的测量。在18A电流、冷却温度为23℃下,产生的热透镜效应相位分布如图2(b)所示。3.2 热透镜效应定量测量
将冷却温度设定为23℃,利用CCD记录0A至20A电流下的一系列全息图。基于数字全息技术,对全息图进行数值重建,得到不同电流下产生的热透镜效应包裹相位分布。图3分别为泵浦电流为0A、5A、10A、15A、17A以及20A产生的热透镜效应包裹相位分布图(单位:rad)。由于棒的横截面积较小,有效测量区域为图中圆形区域。在没有泵浦电流时,由于晶体棒内没有热梯度,圆形区域内较为平坦。之后随着泵浦电流的逐渐增加,包裹相位条纹的密度增大,这主要是随着泵浦电流的增加,Nd∶YAG晶体吸收了越来越多的能量转化为热并不断在晶体棒内沉积的原因。通过解包裹算法[16],可以得到连续的相位分布。不同泵浦电流下产生的热透镜效应相位分布及其演化过程如补充视频材料(Video1)所示。可以发现当泵浦电流小于5A时,相位差的变化不明显,这主要是由于激光二极管存在最小激励电流阈值,再加上冷却水的冷却作用,使得晶体的热透镜效应不明显。当泵浦电流超过这个阈值后,激光二极管的输出功率随电流呈线性增加,热效应引起的相位差也逐渐增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tm:YAG激光器晶体温度场三维数值模拟[J]. 姚育成,刘丹琳,黄楚云,徐国旺. 应用激光. 2017(03)
[2]一种改良的非稳腔热透镜焦距测量方法[J]. 刘佳佳,丁双红,丁泽,贾海旭. 光电技术应用. 2015(03)
[3]激光二极管端面抽运固体激光器的热效应和热透镜焦距测量[J]. 潘孙强,刘崇,赵智刚,董延涛,相方莉,葛剑虹,项震,陈军. 中国激光. 2010(10)
[4]LDA侧面抽运棒状激光器热透镜效应的有限单元法分析[J]. 刘全喜,钟鸣. 光子学报. 2010(05)
[5]干涉条纹法测量LD端面泵浦Nd∶YAG热透镜焦距[J]. 杨永明,过振,王石语,蔡德芳,文建国,王利波. 光子学报. 2005(02)
[6]LD端面泵浦的高重频Nd:YAG激光器的热效应研究[J]. 黄峰,汪岳峰,牛燕雄. 红外与激光工程. 2004(04)
[7]测量Nd:YAG激光器热透镜焦距的新方法[J]. 李强,王志敏,王智勇,房明星,左铁钏. 光电子·激光. 2004(03)
博士论文
[1]高功率固体激光振荡器与放大器光束质量控制技术研究[D]. 潘孙强.浙江大学 2013
[2]数字全息在实时动态测量和信息隐藏中的应用研究[D]. 朱竹青.南京师范大学 2013
[3]数字全息技术及其在测量中的应用研究[D]. 王广俊.北京工业大学 2011
[4]半导体侧面泵浦Nd：YAP蓝光激光器研究[D]. 凌铭.长春理工大学 2009
硕士论文
[1]LD泵浦高功率窄脉Nd：YAG激光器热效应研究[D]. 王兴.哈尔滨工业大学 2018
[2]固体激光器中热透镜效应的计算和测量[D]. 李萍.西安工业大学 2018
[3]数字全息显微术中的位相解包裹算法研究[D]. 张志会.河北工程大学 2012
[4]Nd：YAG固体激光器的热效应研究[D]. 关丽.南京邮电大学 2012
本文编号：3133510
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