二极管泵浦平面波导1319nm激光放大技术研究

发布时间：2020-09-30 14:33

　　 1319 nm的全固态激光器在钠信标、激光显示、激光医学、光纤通讯和环境监测等方面有非常重要的应用价值和前景。平面波导结构结合了板条与光纤介质结构的优点,具有较大的散热面积、较薄的增益区厚度、体积较小等特点,容易实现较高效率的激光输出,是近年来高功率固体激光器的发展方向之一。本论文首次提出采用平面波导结构实现1319 nm激光放大输出,通过理论分析与实验研究,验证平面波导结构实现高功率高效率1319nm激光放大的可行性,为后续高功率1319 nm激光输出提供理论和技术基础。本文的主要研究内容如下:1.介绍1319 nrm激光器的国内外研究进展,详细介绍了平面波导结构的特点以及与其他介质结构对比分析平面波导的优势。2.建立1319 nm平面波导激光放大器的理论模型。根据Nd:YAG晶体的能级结构以及物理特性,推导1319 nm激光的振荡速率方程,以及脉冲激光放大器的增益特性,从而分析实现1319 mn激光放大的难点在于抑制1064nm谱线的起振,理论研究1064 nm放大的自发辐射(ASE)的抑制方法,并得到实验验证。3.设计二极管泵浦平面波导1319 nm激光放大器。种子光采用平平腔结构实现1319nm2.8W激光输出,重复频率为200Hz,脉冲宽度为160μs;平面波导的端面进行切角处理,有效抑制了放大器的自发辐射放大和寄生振荡。放大器采用双端泵浦方式,利用MATLAB进行仿真计算,得到在100 W泵浦功率下,输出激光25 W,光光效率为22%。4.根据设计方案搭建1319nm激光放大器实验装置,开展1319nm激光放大实验。测试种子光的性能,根据温度、角度等参数优化泵浦系统,综合理论与实验结果进一步分析得到实现高效率1319 nm激光放大的最佳条件。当注入种子光功率为2.8 W时,在双端72 W泵浦功率下,获得了 12.3 W激光输出,重复频率为200Hz,脉冲宽度为160μs,光光效率达到13.8%。这是国际上首次采用平面波导实现1319nm激光输出,与其他介质结构类型的1319 nm激光放大器相比,光光效率有了较大的提升。
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN248
【部分图文】：

（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋／邋Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）逡逑图１．２钠导星５８９邋ｎｍ激光系统架构逡逑图１．３应用于钠黄光激光器的１３１９邋ｒｎｎ激光放大器逡逑２00７年，华北光电技术研究所王建军等采用棒状Ｎｄ：ＹＡＧ晶体作为激光增益介质逡逑［１１］，激光器采用直通对称型谐振腔结构，光路原理图如１．４所示，两个棒状增益模块采逡逑用串接方式，并在增益模块之间放置９０°石英旋光器以补偿增益介质的热致双折射效应，逡逑两个声光调Ｑ开关在增益模块两端。这种直通对称结构简单，调试较为方便，其关键部逡逑分在于增益模块的设计。在重复频率１０邋ｋＨｚ下，实现了邋１３１９邋ｎｍ调Ｑ激光输出，平均逡逑功率达到１５５邋Ｗ，脉冲宽度２０５邋ｎｓ，光光效率１５．７％。逡逑３逡逑

Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ逡逑（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋／邋Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）逡逑图１．２钠导星５８９邋ｎｍ激光系统架构逡逑图１．３应用于钠黄光激光器的１３１９邋ｒｎｎ激光放大器逡逑２00７年，华北光电技术研究所王建军等采用棒状Ｎｄ：ＹＡＧ晶体作为激光增益介质逡逑［１１］，激光器采用直通对称型谐振腔结构，光路原理图如１．４所示，两个棒状增益模块采逡逑用串接方式，并在增益模块之间放置９０°石英旋光器以补偿增益介质的热致双折射效应，逡逑两个声光调Ｑ开关在增益模块两端。这种直通对称结构简单，调试较为方便，其关键部逡逑分在于增益模块的设计。在重复频率１０邋ｋＨｚ下，实现了邋１３１９邋ｎｍ调Ｑ激光输出，平均逡逑功率达到１５５邋Ｗ，脉冲宽度２０５邋ｎｓ，光光效率１５．７％。逡逑３逡逑

两个方向的光束质量Ｍ２分别为１．３４和１．５２。此外，该课题组也在板条放大器上进行了逡逑１３１９ｎｍ激光放大技术研宄［１３３。采用端面泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ矩形板条，种子光利用反射镜多逡逑次通过板条宽度方向上的不同区域，实现了五通放大结构，如图１．５所示。种子源为脉逡逑冲重复频率１邋ｋＨｚ、脉冲宽度７５押、平均功率１０邋Ｗ的线偏振１３１９邋ｎｍ激光，经板条五逡逑通放大后输出功率４２．３邋Ｗ，放大器的光光效率６．５％，光束质量Ｍ２分别为１．１３和２．１６。逡逑ＣＬｓ邋Ｍ２邋Ｎｄｓ：＾Ｇ邋Ｍ３邋ＣＬｓ逡逑逦邋逦邋＾逦Ｏｕｔｐｕｔ逡逑ｐｓｃｉｌｌａｔｏｒ＾－［Ｆｇ－１邋0—ＪｆＭ１邋Ｍｆ＾逦＾￣逡逑ＳＬ逦ＣＬ逡逑图１．５邋１３１９邋ｎｍ板条激光放大器光路逡逑２０１３年，中国工程物理研究院应用电子学研究所李楠等报道了基于ＭＯＰＡ结构的逡逑准连续长脉冲１３１９ｎｍ激光器激光器包括振荡器和两级放大器，其中１３１９ｎｍ振荡逡逑器为双棒串接结构，预放为四棒串接双通放大结构，主放为双棒串接双通放大结构，所逡逑有激光头均为侧面泵浦的棒状Ｎｄ：ＹＡＧ模块。在脉冲重复频率５０Ｈｚ时，输出单脉冲能逡逑量８００ｍＪ，脉宽２００＃，光束质量Ｍ２＝１．５，其输出功率随泵浦工作电流的变化如图１．６逡逑所示。逡逑４逡逑

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本文编号：2830957