高增益掠入射板条结构激光放大器的优化设计

发布时间：2020-06-18 00:14

【摘要】：随着激光二极管泵浦技术的迅速发展和新型固体激光材料的涌现,以及有效的热效应管理,半导体泵浦固体激光器(Diode Pumped Solid-state Laser,DPSSL)的输出功率和光束质量得到显著提高,被广泛运用到工业生产、医疗、信息技术、军事等多个领域。为了获得高功率高光束质量的激光,通常采用主振荡功率放大(MOPA)技术对低功率高光束质量的种子源进行功率放大。近年来,侧面泵浦的掠入射Nd:YV04板条结构激光放大器得到研究人员的广泛关注,该类型激光放大器可以对低功率种子源进行更高效的放大,同时良好的散热能力也使得放大激光的光束质量能够得到保证。然而,侧面泵浦的板条Nd:YV04增益介质与传统的端面泵浦棒状结构在泵浦条件、热效应、种子光参数等方面有着较大的不同。为了获得高增益高光束质量的板条结构激光放大器,本文对侧面泵浦的掠入射Nd:YVO4板条激光放大器进行深入研究。首先,对侧面泵浦Nd:YV04板条的温度场分布进行了深入研究。通过建立Nd:YV04板条温度分布的理论模型,分析了不同泵浦条件对板条温度分布的影响,发现垂直方向泵浦光斑直径的变化对板条的温度分布影响较小,因此板条放大器在垂直方向可以采用尽量小的泵浦光斑,以获得更高的泵浦功率密度。其次,基于板条的温度分布,分析了板条放大器的热致畸变及热透镜效应,并且对掠入射Nd:YV04板条激光放大器的种子光参数进行了优化设计。通过计算水平方向不同模式匹配比、不同掠入射角度的热致畸变,发现对于一定的泵浦功率和水平方向模式匹配比,种子光的掠入射角越小,水平方向热致畸变越低。当种子光与泵浦光在水平方向的模式匹配比为0.6,种子光掠入射角度在3°～5°之间,此时种子光的提取效率较高,热致畸变对激光波前的影响较小。最后,进行了掠入射Nd:YV04板条激光放大器的单通及多通放大实验,验证了优化设计的合理性。对于掠入射板条单通放大,将掠入射角度选在3°～4°时,种子光提取效率最高,此时板条热致畸变对激光波前的影响较小,可以获得高光束质量的激光输出。对于掠入射板条三通放大,通过模拟分析及实验研究确定了最优化的水平方向模式匹配比为0.6,以及三通掠入射角度分别为3°、5°、7°。种子光平均功率为2mW、光束质量M2=1.17,使用掠入射Nd:YV04板条放大器三通放大后,放大激光平均功率约为12.6W,单脉冲能量为126μJ,光-光效率达到28%,光束质量因子M2=1.4。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248.1
【图文】：

掠入射,激光器,板条激光器

也使得放大激光的光束质量能够得到保证。状结构相比，侧面泵浦的掠入射Ｎｄ：ＹＶ０４板条结构，其放大步整形为圆形以满足实际使用需求。同时该结构采用高掺杂应，也与端面泵浦的Ｎｄ：ＹＶ０４棒状结构存在较大的差别０４板条进行深入研究。逡逑采用Ｎｄ：ＹＶ０４晶体的侧面泵浦掠入射板条激光放大器进行研量的激光输出。逡逑ｄ：ＹＶ0４高增益板条激光器发展概况逡逑ＯＰＡ对低功率激光进行放大具有诸多优势。主振荡器和放大所需脉宽、重复频率等参数，再通过放大器对功率进行放大。低，这就要求放大器具有很高的增益。ＭＯＰＡ结构的板条激光统的ｚｉｇ－ｚａｇ板条激光器、部分端面泵浦板条激光器和掠入射掠入射板条结构的激光器。逡逑Ｈｉｇｈ逡逑

掠入射,激光振荡器

激光振荡器，也可作为激光放大器对小信号激光进行放大。逡逑１．２．１掠入射板条结构激光振荡器逡逑２００丨年，Ｍ．Ｊ．邋Ｄａｍｚｅｎ等人报道了如图１－２所示的掠入射板条激光振荡器［２１】。该结构逡逑利用一个全反镜，一个反射率２５％的反射镜和一个焦距１００ｍｍ的透镜搭建了邋一个振荡器。逡逑Ｎｄ：ＹＶ0４板条为ａ切割，掺杂浓度１＿１邋ａｔ．％，尺寸２０ｍｍ＞＜５ｍｍｘ２邋ｍｍ。泵浦功率３５Ｗ时，逡逑获得２２．５Ｗ多模激光输出，光－光效率６４％，调整孔径光阑，获得１３．８Ｗ的单模激光输出，逡逑光－光效率４０％。逡逑Ｒ＝１００％逦Ｒ＝２５％逡逑１００ｍｍ邋ｒａｄｉｕｓ邋ｏｆ邋ｃｕｒｖａｔｕｒｅ逦ｏｕｔｐｕｔ邋ｃｏｕｐｌｅｒ逡逑ｊＴ＞逦ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ邋＼逡逑ｉＣ邋ｐ邋ｉ逡逑ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ邋＼逦／逡逑ｃｏｕｐｌｉｎｇ邋ｏｐｔｉｃｓ＼逦／逡逑ｄｉｏｄｅ邋ｂａｒ逡逑图１－２掠入射激光振荡器逡逑２００６年，Ｔａｋａｓｈｉｇｅ邋Ｏｍａｔｓｕ等人报道了如图１－３所示的掠入射板条结构ＡＯＭ调Ｑ激逡逑光器｜２２１。放大激光的平均功率为１７．５Ｗ，脉冲重频６５０邋ｋＨｚ、脉宽小于４０ｎｓ，光束质量因逡逑子邋Ｍ：邋＝邋１．３，邋Ｍ２ｖ＝５．２。逡逑ＡＯＭ逡逑V＇逡逑Ｐｕｍｐ邋Ｄｉｏｄｅ逡逑图１－３掠入射板条结构ＡＯＭ调Ｑ激光器逡逑

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