基于數(shù)字全息的熱透鏡效應測量
發(fā)布時間：2021-04-12 15:08
提出一種數(shù)字全息定量測量半導體激光二極管側面泵浦Nd∶YAG晶體熱透鏡效應的方法。CCD采集Nd∶YAG晶體在不同泵浦電流下的數(shù)字全息圖,通過數(shù)值重建得到熱透鏡效應引起的相位分布及其變化過程。再由相位分布計算得到對應的熱透鏡焦距。實驗結果表明,利用數(shù)字全息技術可以準確和有效測量熱透鏡效應及熱透鏡焦距。
【文章來源】：光學技術. 2020,46(02)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
所提方法實驗裝置示意圖
激光晶體的熱透鏡效應嚴重影響了激光器的各項性能。而熱透鏡效應的大小又與不同泵浦模塊、不同的泵浦條件以及不同的水冷溫度等因素密切相關。本文首先探究水冷卻溫度對熱透鏡效應測量的影響,確定合適的冷卻溫度。在17A、18A、19A電流下,分別采集了11℃∶25℃一系列不同水冷卻溫度下的全息圖,通過數(shù)值重建,得到了不同泵浦電流下,熱透鏡屈光度值與水冷溫度之間的曲線分布,如圖2(a)所示。從圖2(a)中可發(fā)現(xiàn),不同泵浦電流下得到的冷卻溫度-屈光度關系曲線趨勢變化基本一致。不同泵浦電流下,實驗所用冷卻儀的最低有效冷卻溫度基本為13℃,當冷卻溫度大于13℃時,隨著冷卻溫度的升高,熱屈光度值呈線性增加。當冷卻溫度超過21℃后,由于總的泵浦能量不變,隨著冷卻溫度的升高,水冷卻的效果逐漸減弱,冷取水所帶走的熱量也越少,與晶體吸收的熱量達到動態(tài)平衡,因此,棒內(nèi)的熱梯度幾乎沒有改變,熱屈光度值變化也就不明顯�？紤]到實際水冷溫度與溫度設定存在偏差,水冷溫度在23℃條件下Nd∶YAG晶體表面溫度分布較為均勻,且溫度偏差在±1℃內(nèi)晶體內(nèi)溫度分布相對穩(wěn)定。因此,為了獲取更精確的熱透鏡效應參數(shù),本文將在水冷溫度為23℃條件下進行熱透鏡效應的測量。在18A電流、冷卻溫度為23℃下,產(chǎn)生的熱透鏡效應相位分布如圖2(b)所示。3.2 熱透鏡效應定量測量
將冷卻溫度設定為23℃,利用CCD記錄0A至20A電流下的一系列全息圖�；跀�(shù)字全息技術,對全息圖進行數(shù)值重建,得到不同電流下產(chǎn)生的熱透鏡效應包裹相位分布。圖3分別為泵浦電流為0A、5A、10A、15A、17A以及20A產(chǎn)生的熱透鏡效應包裹相位分布圖(單位:rad)。由于棒的橫截面積較小,有效測量區(qū)域為圖中圓形區(qū)域。在沒有泵浦電流時,由于晶體棒內(nèi)沒有熱梯度,圓形區(qū)域內(nèi)較為平坦。之后隨著泵浦電流的逐漸增加,包裹相位條紋的密度增大,這主要是隨著泵浦電流的增加,Nd∶YAG晶體吸收了越來越多的能量轉化為熱并不斷在晶體棒內(nèi)沉積的原因。通過解包裹算法[16],可以得到連續(xù)的相位分布。不同泵浦電流下產(chǎn)生的熱透鏡效應相位分布及其演化過程如補充視頻材料(Video1)所示�？梢园l(fā)現(xiàn)當泵浦電流小于5A時,相位差的變化不明顯,這主要是由于激光二極管存在最小激勵電流閾值,再加上冷卻水的冷卻作用,使得晶體的熱透鏡效應不明顯。當泵浦電流超過這個閾值后,激光二極管的輸出功率隨電流呈線性增加,熱效應引起的相位差也逐漸增加。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Tm:YAG激光器晶體溫度場三維數(shù)值模擬[J]. 姚育成,劉丹琳,黃楚云,徐國旺. 應用激光. 2017(03)
[2]一種改良的非穩(wěn)腔熱透鏡焦距測量方法[J]. 劉佳佳,丁雙紅,丁澤,賈海旭. 光電技術應用. 2015(03)
[3]激光二極管端面抽運固體激光器的熱效應和熱透鏡焦距測量[J]. 潘孫強,劉崇,趙智剛,董延濤,相方莉,葛劍虹,項震,陳軍. 中國激光. 2010(10)
[4]LDA側面抽運棒狀激光器熱透鏡效應的有限單元法分析[J]. 劉全喜,鐘鳴. 光子學報. 2010(05)
[5]干涉條紋法測量LD端面泵浦Nd∶YAG熱透鏡焦距[J]. 楊永明,過振,王石語,蔡德芳,文建國,王利波. 光子學報. 2005(02)
[6]LD端面泵浦的高重頻Nd:YAG激光器的熱效應研究[J]. 黃峰,汪岳峰,牛燕雄. 紅外與激光工程. 2004(04)
[7]測量Nd:YAG激光器熱透鏡焦距的新方法[J]. 李強,王志敏,王智勇,房明星,左鐵釧. 光電子·激光. 2004(03)
博士論文
[1]高功率固體激光振蕩器與放大器光束質量控制技術研究[D]. 潘孫強.浙江大學 2013
[2]數(shù)字全息在實時動態(tài)測量和信息隱藏中的應用研究[D]. 朱竹青.南京師范大學 2013
[3]數(shù)字全息技術及其在測量中的應用研究[D]. 王廣俊.北京工業(yè)大學 2011
[4]半導體側面泵浦Nd：YAP藍光激光器研究[D]. 凌銘.長春理工大學 2009
碩士論文
[1]LD泵浦高功率窄脈Nd：YAG激光器熱效應研究[D]. 王興.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]固體激光器中熱透鏡效應的計算和測量[D]. 李萍.西安工業(yè)大學 2018
[3]數(shù)字全息顯微術中的位相解包裹算法研究[D]. 張志會.河北工程大學 2012
[4]Nd：YAG固體激光器的熱效應研究[D]. 關麗.南京郵電大學 2012
本文編號：3133510
【文章來源】：光學技術. 2020,46(02)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
所提方法實驗裝置示意圖
激光晶體的熱透鏡效應嚴重影響了激光器的各項性能。而熱透鏡效應的大小又與不同泵浦模塊、不同的泵浦條件以及不同的水冷溫度等因素密切相關。本文首先探究水冷卻溫度對熱透鏡效應測量的影響,確定合適的冷卻溫度。在17A、18A、19A電流下,分別采集了11℃∶25℃一系列不同水冷卻溫度下的全息圖,通過數(shù)值重建,得到了不同泵浦電流下,熱透鏡屈光度值與水冷溫度之間的曲線分布,如圖2(a)所示。從圖2(a)中可發(fā)現(xiàn),不同泵浦電流下得到的冷卻溫度-屈光度關系曲線趨勢變化基本一致。不同泵浦電流下,實驗所用冷卻儀的最低有效冷卻溫度基本為13℃,當冷卻溫度大于13℃時,隨著冷卻溫度的升高,熱屈光度值呈線性增加。當冷卻溫度超過21℃后,由于總的泵浦能量不變,隨著冷卻溫度的升高,水冷卻的效果逐漸減弱,冷取水所帶走的熱量也越少,與晶體吸收的熱量達到動態(tài)平衡,因此,棒內(nèi)的熱梯度幾乎沒有改變,熱屈光度值變化也就不明顯�？紤]到實際水冷溫度與溫度設定存在偏差,水冷溫度在23℃條件下Nd∶YAG晶體表面溫度分布較為均勻,且溫度偏差在±1℃內(nèi)晶體內(nèi)溫度分布相對穩(wěn)定。因此,為了獲取更精確的熱透鏡效應參數(shù),本文將在水冷溫度為23℃條件下進行熱透鏡效應的測量。在18A電流、冷卻溫度為23℃下,產(chǎn)生的熱透鏡效應相位分布如圖2(b)所示。3.2 熱透鏡效應定量測量
將冷卻溫度設定為23℃,利用CCD記錄0A至20A電流下的一系列全息圖�；跀�(shù)字全息技術,對全息圖進行數(shù)值重建,得到不同電流下產(chǎn)生的熱透鏡效應包裹相位分布。圖3分別為泵浦電流為0A、5A、10A、15A、17A以及20A產(chǎn)生的熱透鏡效應包裹相位分布圖(單位:rad)。由于棒的橫截面積較小,有效測量區(qū)域為圖中圓形區(qū)域。在沒有泵浦電流時,由于晶體棒內(nèi)沒有熱梯度,圓形區(qū)域內(nèi)較為平坦。之后隨著泵浦電流的逐漸增加,包裹相位條紋的密度增大,這主要是隨著泵浦電流的增加,Nd∶YAG晶體吸收了越來越多的能量轉化為熱并不斷在晶體棒內(nèi)沉積的原因。通過解包裹算法[16],可以得到連續(xù)的相位分布。不同泵浦電流下產(chǎn)生的熱透鏡效應相位分布及其演化過程如補充視頻材料(Video1)所示�？梢园l(fā)現(xiàn)當泵浦電流小于5A時,相位差的變化不明顯,這主要是由于激光二極管存在最小激勵電流閾值,再加上冷卻水的冷卻作用,使得晶體的熱透鏡效應不明顯。當泵浦電流超過這個閾值后,激光二極管的輸出功率隨電流呈線性增加,熱效應引起的相位差也逐漸增加。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Tm:YAG激光器晶體溫度場三維數(shù)值模擬[J]. 姚育成,劉丹琳,黃楚云,徐國旺. 應用激光. 2017(03)
[2]一種改良的非穩(wěn)腔熱透鏡焦距測量方法[J]. 劉佳佳,丁雙紅,丁澤,賈海旭. 光電技術應用. 2015(03)
[3]激光二極管端面抽運固體激光器的熱效應和熱透鏡焦距測量[J]. 潘孫強,劉崇,趙智剛,董延濤,相方莉,葛劍虹,項震,陳軍. 中國激光. 2010(10)
[4]LDA側面抽運棒狀激光器熱透鏡效應的有限單元法分析[J]. 劉全喜,鐘鳴. 光子學報. 2010(05)
[5]干涉條紋法測量LD端面泵浦Nd∶YAG熱透鏡焦距[J]. 楊永明,過振,王石語,蔡德芳,文建國,王利波. 光子學報. 2005(02)
[6]LD端面泵浦的高重頻Nd:YAG激光器的熱效應研究[J]. 黃峰,汪岳峰,牛燕雄. 紅外與激光工程. 2004(04)
[7]測量Nd:YAG激光器熱透鏡焦距的新方法[J]. 李強,王志敏,王智勇,房明星,左鐵釧. 光電子·激光. 2004(03)
博士論文
[1]高功率固體激光振蕩器與放大器光束質量控制技術研究[D]. 潘孫強.浙江大學 2013
[2]數(shù)字全息在實時動態(tài)測量和信息隱藏中的應用研究[D]. 朱竹青.南京師范大學 2013
[3]數(shù)字全息技術及其在測量中的應用研究[D]. 王廣俊.北京工業(yè)大學 2011
[4]半導體側面泵浦Nd：YAP藍光激光器研究[D]. 凌銘.長春理工大學 2009
碩士論文
[1]LD泵浦高功率窄脈Nd：YAG激光器熱效應研究[D]. 王興.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]固體激光器中熱透鏡效應的計算和測量[D]. 李萍.西安工業(yè)大學 2018
[3]數(shù)字全息顯微術中的位相解包裹算法研究[D]. 張志會.河北工程大學 2012
[4]Nd：YAG固體激光器的熱效應研究[D]. 關麗.南京郵電大學 2012
本文編號：3133510
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