多冲程Yb:YAG碟片激光器优化研究

摘要

经过多年的发展二极管泵浦全固态激光器（Laser Diode Pumped Solid-State Lasers， LDPSSL），以其优异的性能占领着激光器市场巨大的份额，其中，大功率LDPSSL中以碟片激光器和光纤激光器为两大主要热点研究方向。碟片激光器具有较小的热透镜效应、较高的输出功率、良好的光束质量、较高的光-光转换效率和功率可串联扩展等特点，在工业、国防、医疗等领域具有重要应用前景。
　　课题组现有的24冲程碟片激光器，由于受泵浦光空间分布、多冲程泵浦耦合腔装调、晶体受激自发辐射（Amplified Spontaneous Emission，ASE）抑制等因素的限制，造成无法实现大功率泵浦光注入，从而导致激光器输出功率无法提升的问题。针对以上技术问题，论文开展了24冲程碟片激光器优化研究，实现了大功率连续激光输出，可以满足实际加工与科研应用的需求。
　　基于朗伯-比尔定律，计算了多冲程下晶体对泵浦光的吸收效率；基于ABCD传输矩阵，计算了碟片晶体上泵浦光斑大小与准直系统焦距之间的变化规律；利用匀化棒整形法，对泵浦光进行了匀化整形，实现了碟片晶体上耦合泵浦光斑能量的均匀分布。在此基础上，研制了24冲程均匀泵浦大功率Yb:YAG碟片激光器。
　　通过实验测试，对比分析了24冲程碟片激光器优化前后的出光性能。验证了优化方案的可行性。最终获得了中心波长为1030nm，功率219.9W的多模连续激光输出，光-光转换效率为33.4%，斜效率为40%，这一实验结果为今后研制千瓦级单碟片或多碟片串联激光器，奠定了理论和实验基础。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的意义

1.4 本论文工作

2.1 碟片增益晶体选择及与热沉的连接

2.2 多冲程Yb:YAG晶体吸收效率的计算

2.3 晶体镀膜及膜系优化设计

2.4 晶体受激自发辐射的抑制

2.5 小结

3.1 碟片激光器准直系统优化

3.2 碟片激光器匀化系统优化

3.3 碟片激光器准直、匀化后的光学模拟分析

3.4 碟片激光器多冲程泵浦耦合腔失调性分析

3.5 碟片激光器阈值及最佳输出功率计算

3.6 小结

第四章 LD泵浦多冲程碟片激光器实验

4.1 LD泵浦24冲程Yb:YAG碟片激光器实验装置

4.2 LD泵浦源功率测试

4.3 匀化、准直系统功率传输性能测试

4.4 优化前后碟片激光器输出特性对比实验

4.5 LD泵浦24冲程Yb:YAG碟片激光器优化性能测试

4.6 小结

总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果