基于端面泵浦固体激光器的环形泵浦光的研究

摘要

空心光束具有许多独特的物理性质以及广泛的应用，因此，如何形成空心光束成为了研究的热点。本论文基于泵浦控制的思想，由环形泵浦光端面泵浦固体激光器输出高阶拉盖尔高斯光束，即空心光束，提出了一种形成环形泵浦光的方法和装置。
　　论文介绍了端面泵浦固体激光器的基本工作原理，包括泵浦源激光二极管、激光增益介质以及激光谐振腔的原理；提出了采用轴棱锥组合光路形成环形光束的方案；分析了环形泵浦光的形成过程，包括不同轴棱锥组合的光路原理以及环形泵浦光与激光模式的耦合匹配；并给出了理论模拟分析和具体实验的结果。
　　激光二极管经光纤耦合后输出的实心泵浦光经过准直系统后，入射到由轴棱锥与聚焦透镜组成的整形系统，形成环形尺寸可变的局域空心光束。利用几何光学的方法，对形成环形泵浦光的整形系统进行了理论分析及基于ZEMAX软件的数值模拟，最后实验验证了此方法的可行性。实验结果表明，在采用未镀膜的轴棱锥的情况下，该系统形成环形泵浦光的效率达到64.5％，满足激光器对泵浦光功率的要求。并在研究过程中，对一种环形泵浦光中间暗斑区域尺寸不变的现象进行了分析。
　　经理论模拟及实验证明，此方案简单高效，成本较低，实现了环形光束的实时可调谐性，对端面泵浦固体激光器输出高级模式的环形激光有着重要的意义。

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1 绪论

1.1 空心光束的研究与发展

1.2 空心光束的国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究工作

2 端面泵浦固体激光器

2.1 激光二极管

2.1.1 激光二极管的原理

2.1.2 激光二极管的优点

2.2 激光增益介质材料

2.3 激光谐振腔

2.3.1 泵浦光与激光模式的匹配

2.3.2 激光产生阈值条件

2.4 本章小结

3 形成环形泵浦光的基本原理

3.1 正-负轴棱锥系统

3.1.1 正-负轴棱锥系统产生空心光束的光学原理

3.1.2 轴棱锥系统的参数对环形光束尺寸的影响

3.1.3 泵浦光与目标模式的匹配

3.1.4 环形光束聚焦光路分析

3.2 正轴棱锥-凸透镜系统

3.2.1 正轴棱锥的光学性质

3.2.2 正轴棱锥-凸透镜系统的光学原理

3.3 本章小结

4 环形泵浦光的模拟分析及实验研究

4.1 理论模拟

4.1.1 环形光束泵浦固体激光器输出模式模拟

4.1.2 正-负轴棱锥组的理论模拟

4.1.3 正轴棱锥-凸透镜组的理论模拟

4.2 实验研究

4.2.1 实验装置

4.2.2 泵浦光的调节

4.2.3 结果分析

4.3 本章小结

5 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