半导体双端泵浦三程折叠腔板条激光器设计和研究

摘要

从红宝石固体激光器面世以来，固体激光器就一直是研究人员关注的焦点。随着后来半导体材料、生长工艺的发展以及半导体泵浦技术的改进，半导体泵浦全固态激光器（diode-pumped all-solid-state laser,DPSSL）不断发展。DPSSL具有高转换效率、高稳定性、长工作寿命和结构紧凑等明显的优点，因此也已经应用到生活的各个领域。
　　以往的固体激光器中选用圆棒状晶体作为增益介质，但是由于侧面泵浦方式使得泵浦分布不均匀且晶体棒本身散热效率不高，实际的晶体棒内存在很大的温度梯度，会导致热效应产生限制了激光器高光束质量和高功率输出。为了降低热效应的影响研究人员提出了不同的使用板条状晶体发激光器方案，本论文主要对半导体端面泵浦三程折叠谐振腔板条激光器进行理论和实验研究，具体内容包括：
　　（1）对比灯泵浦固体激光器介绍了DPSSL的优势；分析了现有的几种不同LD（laser diode）泵浦方式的板条激光器；
　　（2）提出了结构简单紧凑的LD双端泵浦的三程折叠谐振腔板条激光器方案，分析了增益介质选型，设计了泵浦系统和三程折叠谐振腔；
　　（3）阐述了LD泵浦板条晶体内部热效应来源，建立了晶体热平衡理论模型，计算分析了晶体内部温度变化和热应力变化；
　　（4）建立了热透镜效应等效腔模型，根据谐振腔内基模光斑尺寸分布和谐振腔热稳定性范围，对腔镜和晶体放置间距进行优化；
　　（5）进行了对比实验研究，测量了平-平腔激光器和三程折叠腔激光器的功率输出曲线和光斑尺寸，计算了输出光M2因子，拟合出传输曲线。三程折叠腔板条激光器获得了21W激光输出，对比同等条件平-平腔输出，水平方向上M2因子由平-平腔的152.7显著优化到10.8，输出光斑水平方向尺寸由10.8mm压缩到4.1mm，结果表明端面泵浦三程折叠腔板条激光器具有更好的光束输出能力。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 DPSSL的发展及优势

1.3 板条激光器的研究与发展

1.4 本论文的主要内容及安排

2 LD端面泵浦板条激光器方案设计

2.1 增益介质选型

2.2 泵浦系统选型和设计

2.3 谐振腔设计

2.4 本章小结

3 板条激光器热效应理论分析

3.1 LD泵浦板条激光器热效应来源

3.2 晶体内部温度分布

3.3 晶体内部热应力分布

3.4 热透镜焦距

3.5 本章小结

4 三程折叠谐振腔参数优化设计

4.1 热效应等效腔模型

4.2 基模光斑半径计算

4.3 谐振腔稳定性分析

4.4 光束质量评价

4.5 本章小结

5 实验研究

5.1 实验设备

5.2 实验过程

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录