LD泵浦激光晶体热透镜球差对光束质量影响研究

发布时间：2020-08-19 16:02

【摘要】：激光器光束质量的提高始终是固体激光器研究领域的重要课题之一。本文基于Nd:YVO_4晶体的热透镜效应,对主振荡功率放大结构中球差进行累加补偿,以简单可靠的方式实现了光束质量的优化。研究主要包括以下内容:从稳态热传导方程出发,通过建立符合实验条件的晶体边界热交换条件,结合COMSOL有限元分析软件,仿真出了晶体的温度分布;之后通过公式计算得到了工作状态下晶体光程差分布;再通过广义逆矩阵对Zernike多项式表示的光程差进行计算,进而得到了晶体中热透镜球差的分布。同时对模型进行薄片处理,验证了球差的累加性。以光束质量因子M~2的角度进行研究,结合赛德尔初级相差理论,整理出了球差与光束质量因子M~2的关系,并且仿真出了光束质量因子M~2随球差的变化;同时在实验中使用哈特曼波前传感器测量了输出激光的波前状态,得到了波前相位畸变的Zernike多项式分布,以及实验条件下球差畸变的大小,测量结果与仿真结果完全相符。对本振级的光束质量和相位分布进行了实验测量。基于前面的实验结果和分析,搭建了单极单程放大结构来补偿功率放大过程中的光束质量恶化。通过将特定位置的相位成像到放大晶体中,来调整放大级晶体的泵浦功率,进而改变放大级晶体的球差大小,使得本振级和放大级两块晶体的球差累加补偿,在本振级输出功率9.2W、放大级无泵浦功率时,总的输出光光束质量为M_x~2=.210,M_y~2=.203,此时的球差系数为-0.29λ;随着放大级的泵浦功率增加,总的输出功率为10.54W,此时光束质量得到优化为M_x~2=.154,M_y~2=.139,此时球差系数为-0.02λ(几乎为零);随着泵浦功率的继续增加,总的输出功率为11.3W,光束质量出现过度补偿,光束质量恶化为M_x~2=.286,M_y~2=.391,此时的球差系数为0.39λ。在这种补偿结构的基础上添加了一个对比实验,结果证明这种结构在提高功率的同时可有效的补偿光束质量。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

图 1.1 二极管泵浦 Nd:YAG 双棒双程 MOPA 系统的实验装置图图 1.2 实验装置；谐振腔由两个对称的平凹腔组成，由偏振旋转器和相位板分开，距离和焦距由腔体确定6 年，英国南安普顿大学的 J.W.Kim 等人在实验中设计了一种高出功率端泵的 Nd:YVO4的 MOPA 结构激光器，输出的 M2小于搭建了一个环形腔，通过布鲁斯特角 LBO 倍频晶体使轴向模式并用小孔来过滤高阶模提高光束质量。每一级放大使用两个 LDVO4晶体，通过平凸镜来连接两块晶体，在放大级间同样加入平保证信号光光斑尺寸在每块晶体中都大致不变。这种结构对高光

距离和焦距2006 年，英国南安普顿大学的 J.W.Kim高输出功率端泵的 Nd:YVO4的 MOPA 结荡级搭建了一个环形腔，通过布鲁斯特角制，并用小孔来过滤高阶模提高光束质量Nd:YVO4晶体，通过平凸镜来连接两块晶合，保证信号光光斑尺寸在每块晶体中都现是十分有效的，2.4W 的种子光经过放4nm 激光输出。

图 1.4 实验装置图年，以色列的核研究中心应用物理学部门的 Yaakov Lumer表了一篇利用相位校正板增加径向极化振荡器的功率的文章AG 晶体，腔体为平凹腔，全反镜为曲率半径为 30cm 的平 处（它的焦点处）放置一个小孔，小孔距离晶体的距离为合得到较好的光束输出。在主振荡级输出 480W 时，经过、M2=3.5 的输出。

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