LD泵浦Innoslab激光振荡器和放大器研究

近些年来，二极管泵浦的固体激光器（DPSSL:Diodepumpedsolidstatelaser）又称全固态激光器飞速发展，20世纪末，出现了一种结构紧凑的部分端面泵浦结合混合腔结构的板条激光器（Innoslab），它可以实现高效率、高光束质量激光输出。本文基于Innoslab激光振荡器和放大器开展了双端泵浦和直接上能级泵浦实验研究，主要研究内容如下： 1.介绍了Innoslab激光器泵浦源、泵浦整形系统和混合腔设计和相关设计；计算了板条晶体的热效应，讨论了泵浦功率和晶体应力之间的联系；利用RigrodAnalysis方法计算了谐振腔的最佳透过率。 2.利用两个808nm激光二极管阵列（laser diode stack）同时从两个端面双端泵浦尺寸为14mm×1m m×12mm的Nd:YVO4晶体，结合500/-350正支混合腔，当泵浦到端面的功率为441W时获得了220W稳定激光输出，光光转化效率为49.9%，在输出功率为202W时两个方向光束质量因子分别为1.7和2.3。相对于以前的单端泵浦结构，双端泵浦的设计充分利用了晶体，扩大了稳定腔的稳区，提高了 泵浦功率极限、输出功率和光束质量。3.直接上能级泵浦技术是通过降低量子亏损的方法减小热负载，从而提高输出泵浦功率极限和光束质量。结合双端泵浦晶体的优势，利用两个880nmLD泵浦单块尺寸为14mm×1m m×12mm的Nd:YVO4晶体，当吸收泵浦功率为710W时，获得了340W激光输出，当输出激光为300W时，测得两个方向光束质量分别为2.2和3.4。 4.对于Innoslab激光器，可以通过增加晶体横向尺寸的方法降低泵浦密度，缓解热效应提高光束质量和泵浦功率上限。利用880nmLD双端泵浦22mm×1m m×12mm晶体结合正支混合腔结构，当吸收泵浦功率为710W时，实现了328W激光输出，当输出功率为300W时，两个方向光束质量为1.7和2.1；880nmLD双端泵浦22mm晶体结合负支混合腔，当泵浦功率为810W时，最高获得416W激光输出，两个方向光束质量分别为3.9和4.7。 5.用数值模拟的方法计算分析了连续种子的放大效率，为实验提供参考；在实验部分介绍了采用0.4W重复频率为80MHz的ps种子经Innoslab放大器进行放大，获得20W的放大激光输出，最大提取效率约为，水平方向和竖直方向光束质量分别为1.5和1.1；用平均功率为4.5W重复频率为79MHz的ps种子经Innoslab板条放大器放大，实现了73W放大激光输出，最大提取效率约为两个方向的光束质量分别为1.5和1.4。 6.940nmLD泵浦Yb:YAG晶体产生1030nm激光是准三能级结构，实验中利用一个球面透镜组对泵浦光进行聚焦，利用端面泵浦板条结合稳腔结构实现1030nm激光输出，当泵浦功率为323W时，实现了86W的多模激光输出。 

 

【文章页数】：103 页

 

【学位级别】：博士

【部分图文】：

 

文章目录

 

摘要

Abstract

第一章 绪论

    1.1 引言

    1.2 全固态激光器

        1.2.1 棒状激光器(Rod laser)

        1.2.2 薄片激光器(Disk laser)

        1.2.3 光纤激光器(Fiber laser)

        1.2.4 板条激光器(Slab laser)

    1.3 本论文主要研究内容

第二章 Innoslab 激光器的设计和分析

    2.1 泵浦源

    2.2 部分端面泵浦板条激光器的泵浦整形系统

    2.3 几种重要晶体光学和机械性能参数

        2.3.1 Nd:YVO4(掺钕钒酸钇)晶体

        2.3.2 Nd:GdVO4(掺钕钒酸钆)晶体

        2.3.3 Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)晶体

        2.3.4 Yb:YAG(掺镱钇铝石榴石)晶体

    2.4 激光能级系统分类

        2.4.1 三能级系统

        2.4.2 四能级系统

        2.4.3 准三能级系统

    2.5 板条热效应分析

        2.5.1 温度分布解析分析

        2.5.2 热效应 matlab 的数值模拟

        2.5.3 ANSYS 有限元法模拟温度分布

        2.5.4 热应力分析

        2.5.5 matlab 数值计算晶体热应力分布

    2.6 谐振腔的设计

        2.6.1 非稳定腔的设计

        2.6.2 稳定腔的设计

        2.6.3 谐振腔的最佳透过率

    2.7 本章小结

第三章 808nm 和 880nmLD 阵列泵浦 Nd:YVO4激光振荡器

    3.1 Nd:YVO4四能级激光器

        3.1.1 四能级速率方程描述

        3.1.2 Nd:YVO4激光研究进展

    3.2 808nmLD 双端泵浦 Nd:YVO4晶体产生 1064nm 激光

        3.2.1 808nmLD 泵浦实验设计

        3.2.2 双端泵浦输出功率及稳定性

        3.2.3 光束质量的测量

    3.3 880nmLD 泵浦14m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶体产生 1064nm 激光实验研究

        3.3.1 880nmLD 单端泵浦14m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶体实验研究

        3.3.2 880nmLD 双端泵浦14 mm × 1m m × 12mmNd:YVO4晶体实验研究

    3.4 880nmLD 泵浦 22 mm × 1m m × 12mm的 Nd:YVO4晶体产生 1064nm 激光

        3.4.1 880nmLD 双端泵浦 22m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶体结合正支稳定-非稳定混合腔实验研究

        3.4.2 880nmLD 双端泵浦 22m m × 1m m × 12mmNd:YVO4晶体结合负支稳定-非稳定混合腔实验研究

    3.5 本章小结

第四章 Nd:YVO4晶体 Innoslab 放大器

    4.1 Innoslab 激光放大器的研究进展

    4.2 Innoslab 连续激光放大器速率方程

    4.3 0.4W 锁模种子放大实验研究

        4.3.1 0.4W 锁模种子放大实验装置

        4.3.2 放大功率、光束质量和脉宽

    4.4 4.5W 锁模种子放大实验研究

        4.4.1 4.5W 锁模种子放大实验设计

        4.4.2 种子光与增益介质的重叠面积计算

        4.4.3 放大功率、光束质量和脉宽

    4.5 本章小结

第五章 940nm 泵浦 Yb:YAG 晶体产生 1030nm 激光

    5.1 Yb:YAG 激光器研究进展

    5.2 Yb:YAG 激光器速率方程描述

    5.3 实验设计及装置

    5.4 实验输出功率

    5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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