LD端泵腔内倍频457nm激光器高反射腔镜的研制

发布时间：2020-03-18 02:37

【摘要】：457nm蓝光激光器具有波长短、光子能量强、颜色饱满等优点,在高密度光学存储、激光显示与海底资源探测等领域有着广泛的应用。随着激光应用技术精度的不断提高,针对激光器输出光束的质量提出了更高的要求。高反射腔镜作为457nm激光器的重要薄膜光学元件,其主要作用是维持腔内激光的高效振荡,对蓝光激光的输出质量与效率有重要影响,因此研制性能良好的457nm激光器高反射腔镜具有重要意义。选择石英玻璃作为高反射腔镜的基片材料,基片采用非球面以提高激光强度。为减小基片表面粗糙度对高反射腔镜造成的散射影响,通过CCOS技术实现了高反射腔镜基片的制备。根据石英玻璃材料的加工特性,对铣磨与抛光过程中的工艺参数进行优化,通过全口径弹性预抛光与小工具修正抛光相结合的方式提高了非球面面形收敛效率,解决了石英玻璃材料硬度大、材料去除率低的问题。选择粒径更小的抛光粉,采用手工修抛的方式进一步提高了非球面表面质量,制备的高反射腔镜基片表面粗糙度达到1nm以下。457nm激光器高反射腔镜具有对基频光和457nm激光高反射,对泵浦光和腔内其余两条强发射谱线高透射的功能。基于高反射膜设计理论,选择H_4和SiO_2作为高低折射率材料,结合膜系设计软件,利用倍频反射膜思想实现了多波长高反射膜的设计。在满足五个波长高透射与高反射要求的同时降低了膜层总厚度,解决了利用常规思想设计时膜系优化难度大的问题。在薄膜制备过程中,优化了电子束蒸发工艺,采用离子辅助沉积与阶梯退火技术改善了薄膜的聚集密度与化学计量比,提高了薄膜的光谱稳定性与抗激光损伤阈值。通过逆向反演分析薄膜实际光谱曲线变化的原因,确定误差变化规律,利用最小二乘数据拟合的方法建立了残余蒸镀量与膜层厚度之间的关系式,解决了膜厚控制误差累积导致的光谱变差的问题。研制的高反射腔镜在457nm和914nm处的反射率分别为99.9%和99.6%,在808nm、1064nm和1342nm处的透射率分别为97.2%、96.8%和93.1%,经环境测试与抗激光测试,满足457nm激光器的使用要求。
【图文】：

球面,与非,非球面

长春理工大学硕士学位论文其性能优劣直接影响激光器的输出光束质量。对于 M2 基片的设计有球面与非球面两种方式，与球面相比，非球面具有很多优良的光学性能，已应用于各类光学系统中[6]，其成像效果如图 1.2 所示。由于像差的存在使得普通球面不能实现理想成像，而非球面各点曲率半径不同，可以有效减少系统球差，降低光能损失，提高成像质量。除此之外，利用非球面进行聚焦还可以缩小光斑，实现需要多个球面系统达到的聚焦要求，从而减小系统的体积。因此采用非球面作为 457nm 激光器的高反射腔镜基片，，不仅可以校正像差，还能减小泵浦光斑的尺寸，提高泵浦光的耦合效率，降低模式匹配从而减小激光器的阈值，提高激光输出的效率与功率。

光路结构,聚焦系统,准直

第 2 章高反射腔镜的基片制备系统要求高反射腔镜元件在沉积薄膜后具有极高的反射率和高反射腔镜基片的表面粗糙度严重影响其光谱特性与激光损伤面质量提出更高的要求。本章对高反射腔镜基片的研抛工艺进参数，实现高反射腔镜的基片制备，并降低元件表面粗糙度。求光能量较高，微弱的吸收就会导致高反射腔镜产生热变形，影腔镜基片材料要具有极低的吸收与良好的热稳定性。石英玻璃收小、透光性能优良、导热系数与热膨胀系数小、热震稳定性好等优点[34]。因此本课题所研究的高反射腔镜基片材料为石.1 节中所述激光器发光原理，由光纤耦合输出的 808nm 激光经反射腔镜 M2 聚焦到 Nd:YVO4激光晶体内进行泵浦。激光光光器准直聚焦系统由 M1 与 M2 组成，其光路结构如图 2.1 所
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248

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