双端泵浦行波放大器的理论与实验研究

发布时间：2020-05-01 12:46

【摘要】：相比于其他种类的激光器,高功率全固态连续单频激光器因为能够同时具有高光束质量、窄线宽、低噪声、高稳定性等优点,已经被广泛用于非经典光场制备、冷原子物理以及高精度测量等科学研究领域。目前,主振荡功率放大是实现高功率输出的有效手段之一。然而,在块状晶体放大器中由于大块状晶体的温度分布和增益分布不均匀,导致放大晶体存在着严重的热效应和增益饱和现象,使得输出激光的光束质量退化、转换效率降低、输出功率受到限制。为了有效提高连续单频激光输出功率,我们研究组开启了高功率高转换效率的双端泵浦的主振荡功率放大器的研究。主要内容如下:1、建立并分析了主振荡功率放大器中的热模型。通过晶体内的稳态热传导方程建立了晶体热分布模型,比较了双端泵浦放大器与单端泵浦放大器晶体内的热分布特性,得出了双端泵浦较单端泵浦放大晶体的热分布更加均匀这一结论。接着,我们分析了双端泵浦放大器中晶体掺杂浓度、泵浦体积等因素对晶体内热分布的影响,并最终确定了热分布最优的放大器参数。2、使用高功率种子源研制了两级双端泵浦行波放大器。为实现更高的萃取效率,研究组在自制了一台50 W全固态连续单频激光器作为高功率种子源的基础上,制备了高功率二级双端泵浦行波放大器,并最终获得了125.2 W的激光输出,光-光转换效率高达43.3%,光束质量优于1.28。同时,通过模拟放大器中增益与种子功率的关系,进一步验证了种子源输出功率的提高对放大器功率及转换效率的提高起到至关重要的作用。
【图文】：

多程,薄片,放大器

组透镜进行整形，严重地降低了输出激光的光束质量。最后，在板条面（>2）均为光面，进一步加重了各方向上的寄生振荡，限制了放大取效率[44]。薄片激光放大器片放大器（Thin-diskAmplifier，TDA），即将增益晶体作为碟片状的与板条放大器相似，薄片晶体可以承受相当高的泵浦能量而不会产生。由于薄片晶体的厚度（仅百微米量级）远小于泵浦的抽运长度，光布极为均匀，以至于在晶体内只有很小的热效应。如图 2.8 所示是在普遍使用的多程放大装置，即种子光多次往返于薄片晶体，以获得更[45]。而多段阵列式放大器（Multi-segmentAmplifier，MSA）结构则能加放大器储能效率，两项放大结构的应用能够大幅度的增加放大器的动器的性价比，使大型激光器件的建造成为了可能。

温度分布,注入锁定,高功率,注入锁定放大器

该种类放大器使信号光单次通过放大器，因而总体效率不高，并且由于块状晶体存在端面吸收效应，致使晶体内存在不均匀的温度分布，进而随着泵浦功率的增加，产生的热效应会严重影响激光放大器的光束质量降低输出功率。因此，，减缓块状放大器中的热效应、增大转换效率是该类型放大器的主要攻克方向。2.4 注入锁定放大高功率注入锁定放大器（Injection-locking Amplifier，ILA）是通过将自由运转的高功率谐振腔的振荡频率锁定到种子源的振荡频率上，实现振荡光与注入的信号光的同步振荡，进而实现具备种子源激光特性的高功率激光输出[46]。与主振荡功率放大器相比，注入锁定放大器中需要使用自动控制伺服系统来将高功率谐振腔的振荡频率精确锁定到种子源的振荡频率上，进而提高整个放大系统输出频率和功率的稳定性。相比于主振荡功率放大，注入锁定放大器在高功率输出时往往具有复杂、庞大的光路系统，并且由于锁定环路的引入使得系统容易受到外界环境的影响。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN722;TN248

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