光电工程师社区

标题: [讨论]谐振腔与功率 [打印本页]

作者: hechao123 时间: 2003-6-17 02:00
标题: [讨论]谐振腔与功率
这里不讨论模式,以常用的平平腔来说,短腔功率高.可是短腔基模光斑小,而且交叠率应该也不高.这里是为什么

作者: zgzxb 时间: 2003-6-17 06:51
标题: [讨论]谐振腔与功率
我个人认为，激光器的输出功率因该和激光介质的模体积有关，对于平平腔而言，在谐振腔稳定的范围内，腔长越长，模体积就越大，输出功率因该越高，你所说的短腔功率高实在实际的测试中，由于腔长短，调整比较方便，而且几何损耗等损耗相对较小。因此才会有你所说的情况。理论上腔长越长输出激光功率因该越高。

作者: 土豆 时间: 2003-6-18 08:00
标题: [讨论]谐振腔与功率
不过对气体激光器，腔长越长，阀电压可能越高，所以一旦电离放电，
电流就小不了，加上工作介质粒子数量较多，功率应该会较高？

固体激光器就不一定了，如果是光激发，光激发强度一定，可能有一个最佳受激晶体尺寸？
受激介质如果过长，可能不一定有高的光功率输出？
如果介质太短，有限的原子受激达到饱和，也未必能输出最强的光功率？

半导体激光就复杂一点了，发光层过厚，可能难以发光？

作者: 土豆 时间: 2003-6-19 02:13
标题: [讨论]谐振腔与功率
或者可以考虑电子枪中的第一阳极、第二阳极、...第n阳极的概念？
只要把中间阳极做的很薄或是网状的，就可以作成一个串联的大功率激光器？
发光阀电压也不会高的？

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附文：
新宇宙在线社区 → 挑战相对论 → 经典物理理论研

* 贴子主题：对导体导电的再思考---外电场+近距离离子引力

土豆

对导体导电的再思考---外电场+近距离离子引力
一般的理论认为，导体的原子结构是电子层数较多，而且最外层只有1-2个电子，
于是这些电子的电离能较低，所以在一定温度下，或在电场作用下，
它们很容易成为自由电子，逃脱原子核的吸引，在外加电场库仑力的作用下，
定向运动，形成电流，

可是仔细想来，如果没有离子们的近距离吸引库仑力，
只靠外加电场就能驱动电子运动吗？
都知道电子枪必须有近距离的第一阳极加速才行（有些还有第二阳极），
电子管中的阳极距离热阴极的距离也必须较小，
两极间的距离远了就不行了，比如激光管那样（两极间距1m左右），
如果把管内抽成真空，在几十伏、上百伏的电场下也别想有什么电流？
只有靠加入的气体在高压下被电离后，才能形成电流，
所以离子起到了第n阳极的作用？少了它可不行？

再比如在一根铜导线中间加入一小段光纤，由于光纤晶体中的原子不能被电离，
所以就算你外加了电场，光纤晶体中也有供自由电子穿越的足够空间，
可是自由电子也别想“自由过去”，
但是如果晶体原子也被电离了，就会出现近距离的正离子引力，
（这之前都是晶体电子对铜里的自由电子的斥力）
导体中的自由电子才得以通过，还有电容器（也会击穿）也是一样的，
（超薄的隧道效应除外）

转自：经典物理理论研：
http://www.dyntm.com/bbs/dispbbs.asp?boardID=21ID=2475

作者: hechao123 时间: 2003-6-19 02:21
标题: [讨论]谐振腔与功率
zgzxb想法和我相同,可是不能很好的符合实际.当你出的是多模,其光斑显然就大,改变腔长,得到基模,光斑就小,伴随的功率也小,这是我实验中的不严谨的观察

作者: 小马过河 时间: 2003-6-20 20:08
标题: [讨论]谐振腔与功率
我也很疑惑...

作者: hechao123 时间: 2003-6-21 00:45
标题: [讨论]谐振腔与功率
有没有高人指点指点

作者: zemax 时间: 2003-6-22 02:38
标题: [讨论]谐振腔与功率
好问题啊,这事做激光要弄清楚的基本问题之一.
对于固体激光器
平平腔输出激光时,要利用激光介质得热透镜效应形成稳腔.
缩短腔长得效果,一时腔得菲涅尔数变大了,使得衍射损耗变小,
另外一个效果就是腔模在激光介质上得体积变小,根据泵浦光斑大小,有一个最佳
匹配得位置,具体由他们得交叠积分决定.
缩短腔长,功率得变化,应该主要由上面两种因素决定.
当腔长比较长得时候,腔模的体积一般会比泵浦体积要大,所以缩短腔长,功率会上升.
而腔长继续缩短,功率变化就会比较复杂,可能会有腔长变长功率变大,也有功率基本不
变得情况,这几种情况我在实验中都观察到过.但是从很长得腔长变到短腔长,功率都是上升.但是腔越长,模式就会越好,因为高阶横模得损耗变得更大,与泵浦得耦合也更差.
当然腔长进一步变大,到达非稳区域,激光输出会迅速下降.

作者: hechao123 时间: 2003-6-22 18:28
标题: [讨论]谐振腔与功率
根据泵浦光斑大小,有一个最佳匹配得位置,具体由他们得交叠积分决定,当腔长比较长得时候,腔模的体积一般会比泵浦体积要大,有点不解,泵浦体积的概念如何定义的,棒子的直径?是不是要照一下棒子的泵浦光分布....

作者: 土豆 时间: 2003-6-23 01:48
标题: [讨论]谐振腔与功率
固体激光介质大概应该有个单位体积吸收能量的极限值吧？
超过这个值，固体介质就达到饱和了，泵浦激发光功率再增加也是浪费？

另外固体介质的细长比也可能对出光质量有影响，
按说细长比越大，纵模基频越突出，发散角也会较小，
但是出光功率就可能受到一定限制？
这与增加反射镜腔长的效果差不多，腔长增加，反射镜就较多的反射纵向光，
使得纵模得以增强，发散角减小，所以光斑直径也减小了，
可是由于反射光量减少，输出功率也就变低了？

或者以后可以把泵浦激发光源作成细长圆筒状，
再把受激发的激光晶体细长棒插进去，或许激光的效率和质量会好一点？
如果追求的是高功率，当然还是腔体短粗一点好了？
发散角和光斑大一点还可以聚焦，

不过只靠光泵浦激发总觉得不如电和光一起激发好，
电子流碰撞激发具有很强的方向性，
而光泵浦激发的方向性就只有靠反射镜腔来选择、反馈了？
所以腔长一长，就会浪费不少激发能量？

作者: zemax 时间: 2003-6-23 14:01
标题: [讨论]谐振腔与功率
泵浦体积形象得说，就是泵浦光在激光晶体上得空间分布。
现在为了获得较好得转换效率和好得光束质量，泵浦光一般都要经过整形以后再耦合
进激光晶体。
固体激光晶体对泵浦吸收得上限一般是很高得，可能都超过了晶体得破坏阈值，所以一般可以不考虑泵浦吸收的饱和问题。在高功率得固体激光器中，最严重得问题就是晶体得热效应对激光运转得影响。

作者: hechao123 时间: 2003-6-24 01:58
标题: [讨论]谐振腔与功率
同意,其实是一个泵浦光分布与模式交叠的问题

作者: 土豆 时间: 2003-6-25 06:38
标题: [讨论]谐振腔与功率
这大概也是大功率光纤激光器具有一定竞争力的主要原因了吧？
光纤激光器是否算得上是一种“冷光源”呢？
或者是由于光纤的散热面积较大？激光晶体棒的长度就难以做的很长了？
光纤激光器输出的光斑直径可能较大了，不过可以再聚光嘛？

据说：
“目前世界上最高功率的光纤激光器22, 000W模、
连续输出11.06um长的高功率光纤激光器已经在德国交付使用。
......
于侧面泵浦的光纤激光器的多泵浦模块可以被封装，以避免局部区域热量的产生（在高功率二极管泵浦固态激光器中有此现象）以及避免使用简单的对流风冷装置（相当于二极管泵浦固态激光器中的水冷器）。同样的，在一个高功率光纤激光器中，激光增益介质（即光纤）中产生的多余的热量通过一个大的表面区域所扩散，从而避免了像传统二极管泵浦固态激光器那样对激光介质降温的工作需要。因为光纤只能支持基本的空间模式，光纤激光器的光束质量不会受激光功率运作的影响，而高功率二极管泵浦固态激光器却不是这种情况。激

光耦合输出
合多个1100级光纤激光器的输出功率可以很好地提升光纤激光器的输出功率到一个更高的级别。比如说，771100级光纤激光器输出的光束通过77单模光纤传送330以上的距离，然后在一条多芯光纤波束耦合器中被合成，输出一个直径880 mm,散角小于440 mrad波束。这相当于一个输出光束参数1.6 mm mrad 激光；7700的耦合输出功率可以以一束强烈的激光作用在工件上，每平方厘米可达高于550瓦的功率。比较而言，一个二极管泵浦固态激光器典型的光束参数10mm mrad,出功率密度也只有光纤激光器的550之一。7700级的光纤激光器大小为555 × 60 × 95 cm3 重量为1120克。
IPG近发布了应用于重金属焊接工业自动化领域的AA2-kW业光纤激光器。这种激光器使用和7700激光器相近的多模块设计，通过一根直径2200mm光纤提供超过1100的功率传输。这台激光器的输出光束参数为115 mm mrad两到四倍于通过光纤传输的提供同样输出功率的灯浦NNd-YAG光器。预计22002底44,IPG 推出220瓦级的工业光纤激光器。这些激光器耦合的参数性能将使他们能够渗透到重金属切割、铜焊、覆融以及焊接等应用的核心领域。”

IPG Photonics 国总代理::

库通讯有限公司广东珠海市新香洲梅华西路8865勇达大厦
电话::0756-8659160 13926924648
www.fiber-resources.com

作者: seawind 时间: 2003-6-25 17:02
标题: [讨论]谐振腔与功率

下面引用由土豆在 2003/06/18 00:00am 发表的内容：
不过对气体激光器，腔长越长，阀电压可能越高，所以一旦电离放电，
电流就小不了，加上工作介质粒子数量较多，功率应该会较高？
固体激光器就不一定了，如果是光激发，光激发强度一定，可能有一个最佳受激晶体尺 ...

腔长和增益介质的长度，固体激光器下是不一样的。

作者: 土豆 时间: 2003-6-26 23:30
标题: [讨论]谐振腔与功率
是呀，所以如果反射镜的面积有限（或平平镜腔），
腔长一增加（反射镜间距增加），要么是只能反射回部分光能，要么就是光斑变得很大？

有关激光晶体散热的问题，我想能否参考一下光纤激光器的特点呢？
光纤自己不一定要受激发光，它只起到一个光能汇积的作用，
而估计最主要的是它的长度很长，导热、散热的能力就相对增加了很多？

那如果在细激光晶体的两端面加上粗长的散热物呢？
还可以把散热管绕成螺旋状，对它们进行风冷、水冷就容易了，
关键是晶体导热、散热的部位最好是选在端面上，这就基本不会有热透镜的问题了？
在晶体侧面散热的话，散热效果越好，则热透镜的散射效应越大？
因为晶体的内外温差越大的话，内胀外不胀，更易形成热透镜散射？

不过关键是看怎样能处理好几个问题了：
1、端面积有限，所以晶体与散热体最好是容为一体的，
2、可是中间还有个反射镜，所以可能只好把晶体的两个端面分别与两个圆桶状的散热体相连？
晶体端面与桶底紧密接触，这样就可以放心去对“桶”降温好了，不用担心热透镜的问题，
3、晶体出光端面看看要怎么处理才行？用大片的透明散热晶体？

我对实际情况不是很清楚，只供各位做个参考吧，

作者: 土豆 时间: 2003-6-26 23:44
标题: [讨论]谐振腔与功率
或者把大块的激光晶体加工成“轱辘”状的？两头是大散热圆盘，中间是一根细轴？
这样连为一体，导热效果会好的多？
然后再考虑怎样对两个“大圆盘”散热就容易了？

而且中间的“细轴”也不要做的太细吧？稍微粗一点不行吗？对散热很有利呀，

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