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《浙江大学》 2003年
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高亮度全固态二极管泵浦固体激光技术研究

唐淳  
【摘要】: 高功率二极管激光器是开展高平均功率DPL研究的必要条件。本文首先研究了高功率二极管激光器封装技术,二极管条散热冷却是高功率二极管激光器封装要解决的核心问题。根据二极管条结构及辐射特性,建立了散热过程数值计算模型,数值模拟研究了热沉参数对封装激光器性能的影响。计算结果与实验结果相符,表明建立的模型是可靠的,有助于封装的合理设计。实验封装出峰值功率100W、占空比20%的准连续线阵二极管激光器,寿命达2.19×10~9次;同时封装了连续40W线阵二极管激光器。激光器谱线宽度<3nm,电光效率接近40%。 根据对二极管激光器不同工作模式要求,分别研究了采用冲击式冷却器的背冷式二维阵列封装和微通道冷却的模块化封装。对于高平均功率二维阵列封装,关键是高效液体冷却器技术。为此,建立了液体冷却器散热效率数值计算模型,并采用ANSYS有限元程序进行了数值计算,优化了冷却器结构参数。冷却器采用无氧铜材料及线切割和铅焊常规加工工艺,降低了冷却器加工难度及成本。实验研制的冷却器通道宽0.15mm~0.2mm,深0.3mm~1mm。铜微通道冷却器厚1.5mm。冷却器热阻~0.3°C/W。利用该冷却器实验封装出连续输出1kW的二维阵列二极管激光器,激光中心波长808nm,谱线宽度~2nm,电光效率达45%。本文有关高平均功率二极管激光器封装研究结果大部分未见国内相关文献报道。 本文建立了精确计算激光介质增益分布的数值模型及给出了激光棒热效应分析的变参数计算模型,其计算结果用有限元程序进行了验证。利用建立的模型计算并设计了Nd;YAG棒二极管泵浦模块。实验研制出峰值功率6500W、占空比>12.5%的Nd:AYG棒放大泵浦模块。实验结果表明,泵浦模块增益分布均匀,平均小信号增益系数0.22cm~(-1)~0.28cm~(-1),与模拟计算相吻合。 考虑到Nd:YAG激光下能级寿对放大器能量提取的影响,建立了脉宽对放大器能量提取影响的数值计算模型及程序,计算结果与已建立的板条MOPADPL系统的实验数据进行了比对并对程序进行了修正,提高了程序的可靠性。用该程序数值计算了1J MOPA DPL放大器增益过程,为放大器设计提供了依据。本文还开展了多模石英光纤应用于窄脉冲、高重复频率MOPA DPL系统改善光束质量的实验研究。实验结果表明,光纤相位共轭镜能很好补偿放大器热效应造成的光束畸变,在100Hz时获得近60%的SBS反射率。采用锥度光纤获得了大于85%的反射率,实验验证了锥度光纤提高SBS反射率的设计思想。 数值模拟研究了薄片构形激光介质的激光特性,综合评价了高功率系统中几种常用激光介质采用薄片结构的发展潜力。采用有限元方法数值模拟了薄片中的温度分布及在不同约束条件下应力、应变规律,分析并给出了薄片激光器设计的基本原则,设计了连续输出kW的薄片激光器。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN248.4

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【引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 张春阳;王玲;;半导体激光器光纤耦合技术进展[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(上册)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 孙鸣捷;微型投影显示系统中混合光源照明技术和激光散斑消除技术的研究[D];浙江大学;2010年
3 田芃;InAs/GaAs量子点生长及两段式半导体光放大器研制[D];华中科技大学;2011年
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10 王培峰;大功率半导体激光器端面泵浦全固态激光器研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
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1 王春华;Yb:YAG薄片内腔倍频技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 陈铮;基于激光扫描数据的交通信息采集平台设计与实现[D];山东科技大学;2010年
3 陈晓琳;千瓦级连续激光二极管泵浦模块设计[D];长春理工大学;2010年
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10 上官王聘;大功率半导体激光器阵列光束整形系统研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 史新福;直流反应和射频磁控溅射制备的Al掺杂ZnO薄膜结构与光学性质[D];西北师范大学;2010年
2 蔡震;板条侧面绝热技术研究及相变蓄冷温控技术研究[D];中国工程物理研究院;2001年
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8 高明义;大功率激光二极管端面泵浦Nd:YVO_4固体激光器的研究[D];郑州大学;2003年
9 唐裕霞;大功率半导体激光器列阵散热技术的研究[D];长春理工大学;2004年
10 赵晶云;LD双端端面泵浦的高功率连续单频Nd:YVO_4激光器[D];山西大学;2004年
【二级引证文献】
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1 吴朝辉;郭强;周健;王首长;黄荔;;双半圆柱激光器的设计及其热效应分析[J];激光与光电子学进展;2012年03期
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1 陶毓伽;大功率固体激光器冷却研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2010年
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1 丁延坤;DPL中不对称热效应研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 徐方;新型激光介质的单晶生长与光谱性质[D];宁波大学;2009年
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5 刘刚;高功率CCEPS激光器微通道热管理系统设计及激光增益介质温度分布的研究[D];北京工业大学;2012年
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【二级参考文献】
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1 肖建伟,杨国文,徐俊英,徐遵图,张敬明,庄芳婕,李秉臣,毕可奎,郑婉华,陈良惠;808nm大功率半导体量子阱激光器锁相列阵[J];高技术通讯;1994年01期
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【相似文献】
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5 高福斌;;单片集成GaInAsP/InP面发光激光器二维阵列[J];液晶与显示;1987年04期
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8 和平;激光器市场回顾与展望二极管激光器[J];光机电信息;2004年08期
9 朱筱春;曹根娣;张位在;王海龙;;一种制造Pb_(1-x)Sn_xTe二极管激光器的新方法[J];中国激光;1983年Z1期
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7 丁鹏;尧舜;赵思思;王智勇;左铁钏;;光纤熔锥相向注入二极管激光器[A];2008年激光探测、制导与对抗技术研讨会论文集[C];2008年
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3 陈宏城 编译;二极管激光器电源(9)[N];电子报;2010年
4 陈宏城 翻译;二极管激光器电源(10)[N];电子报;2010年
5 陈宏城 翻译;二极管激光器电源(11)[N];电子报;2010年
6 陈宏城翻译;二极管激光器电源(12)[N];电子报;2010年
7 陈宏城 翻译;二极管激光器电源(13)[N];电子报;2010年
8 陈宏城 翻译;二极管激光器电源(14)[N];电子报;2010年
9 陈宏城 翻译;二极管激光器电源(15)[N];电子报;2010年
10 陈宏城 翻译;二极管激光器电源(17)[N];电子报;2010年
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1 唐淳;高亮度全固态二极管泵浦固体激光技术研究[D];浙江大学;2003年
2 梁雪梅;大功率半导体激光器结构研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
3 高楠;调谐二极管激光吸收光谱中的若干关键技术研究[D];天津大学;2012年
4 刘景旺;DFB激光器的调谐动态特性及测量方法研究[D];天津大学;2012年
5 齐汝宾;准连续激光波长调制光谱的理论与实验研究[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈斌;可调谐二极管激光波长调制光谱技术的模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 白云峰;二氧化碳浓度监测的二极管激光光谱技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 郭林辉;大功率二极管激光线阵封装中的应力检测方法研究[D];长春理工大学;2009年
4 高清松;高功率二极管泵浦双程放大器技术研究[D];四川大学;2006年
5 傅源;基于可调谐激光的散射介质内气体吸收光谱技术[D];浙江大学;2013年
6 张立宏;调频连续波激光雷达中可调谐半导体激光器的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
7 祁冀;TDLAS气体检测系统调制系数的仿真及实验研究[D];长春理工大学;2014年
8 陈晓琳;千瓦级连续激光二极管泵浦模块设计[D];长春理工大学;2010年
9 高东宇;准连续调谐激光吸收光谱技术的研究与仪器开发[D];天津大学;2012年
10 王昭;高功率二极管激光器Au80Sn20焊料制备及焊接工艺研究[D];中国工程物理研究院;2012年
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